JP5655104B2 - Air separation method and air separation device - Google Patents
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Description
本発明は、空気分離方法及び空気分離装置に関する。 The present invention relates to an air separation method and an air separation device.
図6は、従来の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
従来、空気を深冷分離することで、酸素及びアルゴン等を製造する際には、例えば、図6に示すような空気分離装置200を用いていた。
FIG. 6 is a system diagram showing a schematic configuration of a conventional air separation device.
Conventionally, when producing oxygen, argon, or the like by cryogenic separation of air, for example, an
図6を参照するに、空気分離装置200は、空気圧縮機201と、空気予冷器202と、空気精製器204と、タービンブロワ205と、タービンブロワアフタークーラ206と、タービン208と、主熱交換器211と、低圧塔213と、低圧塔213内の底部に配置された低圧塔リボイラ214と、中圧塔216と、過冷器218と、アルゴン塔221と、アルゴン塔221の塔頂部に配置されたアルゴン塔コンデンサ222と、を有する。
Referring to FIG. 6, an
空気分離装置200を用いて酸素、窒素、及びアルゴン等を製造する場合、中圧塔216の底部から導出された酸素富化液化空気を、アルゴン塔コンデンサ222を用いて気化させた後、酸素富化空気として低圧塔213に供給する。
空気分離装置200では、中圧塔216の塔頂部に位置する中圧窒素ガスを用いて、低圧塔213の底部に位置する低圧液化酸素をリボイルする。
When producing oxygen, nitrogen, argon, or the like using the
In the
また、空気分離装置200を用いて酸素、窒素、及びアルゴン等を製造する場合、アルゴンガス及び液化アルゴン(LAR)に加えて、低圧塔213の塔底から液化酸素(LPLO2)を採取したり、中圧塔216の塔頂から中圧窒素ガス(MPGN2)や液化窒素(MPLN2)を抜き出したりすることも可能であるが、これらの流量を増やすにつれてアルゴンの収率が低下してしまう。
なお、「収率」とは、空気分離装置200に供給される原料空気の流量に対する各製品の流量の割合のことをいう。
When oxygen, nitrogen, argon, and the like are produced using the
Note that “yield” refers to the ratio of the flow rate of each product to the flow rate of the raw material air supplied to the
特許文献1には、複式カラムを用いた低温蒸留により、空気を分離して得られるガス状酸素の量を増加させることの可能な空気分離方法及びプラントが開示されている。
特許文献1では、低圧カラム、中圧カラム、及びアルゴンカラムに加えて混合カラムを追加し、混合カラムの塔頂留出ガスを低圧カラムの底部リボイラに供給することによって酸素の収率を改善する方法が開示されている。
Patent Document 1 discloses an air separation method and a plant capable of increasing the amount of gaseous oxygen obtained by separating air by low-temperature distillation using a duplex column.
In Patent Document 1, a mixing column is added in addition to a low-pressure column, an intermediate-pressure column, and an argon column, and the yield of oxygen is improved by supplying the overhead distillation gas of the mixing column to the bottom reboiler of the low-pressure column. A method is disclosed.
また、特許文献1には、原料空気量の10〜15%に相当する流量が中圧カラムから中圧窒素ガスとして採取される場合や原料空気量の10〜15%に相当する流量が送風空気として低圧カラムに送られる場合でも、アルゴンの収率を維持または改善可能なことが開示されている。 Patent Document 1 discloses that when a flow rate corresponding to 10 to 15% of the raw material air amount is collected as medium pressure nitrogen gas from the intermediate pressure column, or a flow rate corresponding to 10 to 15% of the raw material air amount is blown air. It is disclosed that the yield of argon can be maintained or improved even when sent to a low pressure column.
さらに、特許文献1では、中圧窒素ガスや原料空気の一部をタービンで膨張させて低圧窒素や送風空気とすることで、寒冷を発生させて、液化ガス製品を採取することが可能であることが開示されている。つまり、液化ガス製品をある程度採取した場合でもアルゴンの収率を維持または増加させることが可能となる。 Furthermore, in patent document 1, it is possible to generate cold and extract a liquefied gas product by expanding a part of medium-pressure nitrogen gas or raw material air with a turbine to form low-pressure nitrogen or blown air. It is disclosed. That is, even when a liquefied gas product is collected to some extent, the yield of argon can be maintained or increased.
特許文献2には、アルゴンの収率を改善可能な技術が開示されている。具体的には、特許文献2には、高圧塔の底部から導出された酸素富化液化空気を気液接触部に供給して低温蒸留し、ここで分離された異なる酸素濃度のガスを各々低圧塔に供給することによって、低圧塔の精留条件を改善して、アルゴンの収率を増加させることが開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique that can improve the yield of argon. Specifically, Patent Document 2 discloses that oxygen-enriched liquefied air derived from the bottom of a high-pressure column is supplied to a gas-liquid contact portion and subjected to low-temperature distillation, and gases separated at different oxygen concentrations are separated from each other at low pressure. It has been disclosed to improve the rectification conditions of the low pressure column and increase the argon yield by feeding to the column.
現状では、空気分離に関し、例えば、図6に示す空気分離装置200が使用されているが、このような装置を用いる場合、製品として、低圧塔213よりも高い圧力の窒素ガス(中圧窒素ガス)や、液化酸素、液化窒素を多量に採取する場合、アルゴンの収率が低下してしまうという問題があった。
一方、特許文献1,2に開示された技術は、アルゴンの収率が改善されるとの記載があるが、実際のところアルゴン収率の改善は数%程度であって収率を十分に改善することはできない。
Currently, for example, an
On the other hand, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 describe that the yield of argon is improved, but in fact, the improvement of the argon yield is about several percent and the yield is sufficiently improved. I can't do it.
そこで、本発明は、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、より多くの中圧窒素ガス、中圧窒素ガスよりも高い圧力の高圧窒素ガス、液化酸素、もしくは液化窒素等を採取可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is capable of collecting a larger amount of medium-pressure nitrogen gas, high-pressure nitrogen gas having a pressure higher than that of medium-pressure nitrogen gas, liquefied oxygen, or liquefied nitrogen while suppressing a decrease in the yield of argon. An object is to provide a separation method and an air separation device.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、低圧塔に供給される低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素と液化フィードアルゴンとに分離する低圧酸素分離工程と、アルゴン塔において、前記液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、第1の低圧塔リボイラにおいて、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の間接熱交換工程と、第2の低圧塔リボイラにおいて、中圧塔から供給された中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の間接熱交換工程と、アルゴン塔リボイラにおいて、高圧塔から供給された高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成する第3の間接熱交換工程と、前記アルゴンガスの一部、前記第1の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1製品導出工程と、前記第1及び第2の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第3の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧窒素ガスの一部、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧液化窒素の一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出工程と、を含むことを特徴とする空気分離方法が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, according to the invention according to claim 1, low-pressure distillation is performed on a mixed fluid that is a low-pressure raw material supplied to a low-pressure column and contains oxygen, nitrogen, and argon, and the mixed fluid is low-pressure distilled. A low-pressure oxygen separation step for separating nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen and liquefied feed argon; and an argon separation step for separating the liquefied feed argon into an argon gas and medium-pressure liquefied oxygen in an argon tower by low-temperature distillation; In the first low-pressure tower reboiler, by indirect heat exchange between the argon gas and the low-pressure liquefied oxygen, the argon gas is liquefied to generate liquefied argon, and a part of the low-pressure liquefied oxygen is vaporized to reduce low-pressure oxygen. during a first indirect heat exchange to produce a gas, the second lower pressure column reboiler, and a pressure nitrogen gas in supplied with the low pressure liquid oxygen from the medium pressure column By heat exchange, together with the in liquefying the pressure nitrogen gas to produce a medium liquefied nitrogen, a second indirect heat exchanger to produce low pressure oxygen gas to vaporize a portion of the low pressure liquid oxygen, argon In the tower reboiler, the high-pressure nitrogen gas supplied from the high-pressure tower and the medium-pressure liquefied oxygen are indirectly heat-exchanged to liquefy the high-pressure nitrogen gas to generate high-pressure liquefied nitrogen, and one of the medium-pressure liquefied oxygens. A third indirect heat exchange step for vaporizing the part to generate medium-pressure oxygen gas, a part of the argon gas, an argon gas that has not been liquefied in the first indirect heat exchange step, and a part of the liquefied argon A low pressure liquefied oxygen that has not been vaporized in the first and second indirect heat exchanging steps, and the third indirect heat exchanging step. Medium pressure liquefied oxygen that has not been vaporized, part of medium pressure nitrogen gas located at the top of the intermediate pressure tower, part of medium pressure liquefied nitrogen located at the top of the medium pressure tower, A second product deriving step of extracting at least one or more of the high-pressure nitrogen gas located at the top of the tower and the high-pressure liquefied nitrogen located at the top of the high-pressure tower as a product. A featured air separation method is provided.
また、請求項2に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧窒素分離工程と、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、前記高圧酸素富化液化空気、及び前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、減圧させた該高圧酸素富化液化空気、及び該中圧酸素富化液化空気のうち、少なくとも一方を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法が提供される。 According to the invention of claim 2, a part or the whole amount of high-pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to obtain high-pressure nitrogen. A high-pressure nitrogen separation step that separates gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air, and a part or all of medium-pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon. Medium pressure nitrogen separation step of separating by low temperature distillation into medium pressure nitrogen gas and medium pressure oxygen enriched liquefied air, depressurizing the high pressure oxygen enriched liquefied air, and medium pressure oxygen enriched liquefied air, depressurizing the high pressure oxygen-enriched liquefied air is, and among the middle pressure oxidation Mototomi of liquefied air, claims, characterized in that it comprises a low-pressure raw material supply step of supplying to said low pressure column at least one as the low-pressure raw material The air separation method described in 1 It is.
また、請求項3に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧窒素分離工程と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させ、その一部または全量を低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第4の間接熱交換工程と、前記第4の間接熱交換工程において気化されていない中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法が提供される。 According to the invention of claim 3, a part or all of the high-pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to obtain high-pressure nitrogen. A high-pressure nitrogen separation step for separating the gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air; and depressurizing the high-pressure oxygen-enriched liquefied air; High pressure liquefied nitrogen is obtained by liquefying a part of the high pressure nitrogen gas by indirect heat exchange between the intermediate pressure nitrogen gas separation step and the intermediate pressure oxygen enriched liquefied air. And is vaporized in the fourth indirect heat exchange step and the fourth indirect heat exchange step in which a part of the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to produce medium-pressure oxygen-enriched air. No medium pressure oxygen enriched liquefied air, A low-pressure raw material supply step of supplying to the low pressure column as 圧原 charges, air separation method of claim 1, characterized in that it comprises a are provided.
また、請求項4に係る発明によれば、前記第4の間接熱交換工程に替えて、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第5の間接熱交換工程を含むことを特徴とする請求項3記載の空気分離方法が提供される。 According to the invention of claim 4, instead of the fourth indirect heat exchange step, a part of the high-pressure raw material air or a part of the high-pressure nitrogen-enriched air rising in the high-pressure tower and the medium Indirect heat exchange with pressurized oxygen-enriched liquefied air causes liquefaction of part of the high-pressure feed air or part of the high-pressure nitrogen-enriched air to produce high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air, and 4. The air separation method according to claim 3, further comprising a fifth indirect heat exchange step in which a part of the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to generate the medium-pressure oxygen-enriched air.
また、請求項5に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧窒素分離工程と、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧後に低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、該高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第4の間接熱交換工程と、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、前記第4の間接熱交換工程において気化されていない前記中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第6の間接熱交換工程と、前記第6の間接熱交換工程において気化されなかった前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法が提供される。 Moreover, according to the invention which concerns on Claim 5, low pressure distillation is carried out by carrying out low temperature distillation of the one part or all part of the high pressure raw material air obtained by compressing, refining, and cooling the air containing oxygen, nitrogen, and argon. A high-pressure nitrogen separation step for separating the gas into high-pressure oxygen-enriched liquefied air; and a part or all of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air is subjected to low-temperature distillation after decompression to obtain medium-pressure nitrogen gas and medium-pressure oxygen-enriched liquefied air The intermediate-pressure nitrogen separation step for separating the high-pressure nitrogen gas and indirect heat exchange between a part of the high-pressure nitrogen gas and the intermediate-pressure oxygen-enriched liquefied air generate a portion of the high-pressure nitrogen gas to produce high-pressure liquefied nitrogen. And a fourth indirect heat exchange step in which a part of the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to generate medium-pressure oxygen-enriched air, and a part of the high-pressure raw material air or the inside of the high-pressure column is raised. A portion of the high-pressure nitrogen-enriched air that performs the fourth indirect heat High-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen is obtained by liquefying part of the high-pressure raw material air or part of the high-pressure nitrogen-enriched air by indirect heat exchange with the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized in the conversion step. A sixth indirect heat exchange step for generating enriched liquefied air and generating a medium pressure oxygen enriched air by vaporizing a part of the medium pressure oxygen enriched liquefied air; and the sixth indirect heat exchange step. A low-pressure raw material supply step comprising: depressurizing the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized in step S and supplying the low-pressure raw material to the low-pressure column as a low-pressure raw material. Is done.
また、請求項6に係る発明によれば、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素と液化フィードアルゴンとに分離する低圧塔と、前記液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の低圧塔リボイラと、中圧塔から供給された中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の低圧塔リボイラと、高圧塔から供給された高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成するアルゴン塔リボイラと、前記アルゴンガスの一部、前記第1の低圧塔リボイラで液化されなかったアルゴンガス、及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1製品導出ラインと、前記第1及び第2の低圧塔リボイラで気化されていない低圧液化酸素、前記アルゴン塔リボイラで気化されていない中圧液化酸素、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧窒素ガスの一部、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧液化窒素の一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧窒素ガスの一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出ラインと、を有することを特徴とする空気分離装置が提供される。 According to the invention of claim 6, the low-pressure raw material that is low-pressure distilled by separating the mixed fluid containing oxygen, nitrogen, and argon into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and liquefied feed argon is separated. A tower, an argon tower for low-temperature distillation of the liquefied feed argon to separate it into argon gas and medium pressure liquefied oxygen, and indirect heat exchange between the argon gas and the low pressure liquefied oxygen to liquefy the argon gas. A first low-pressure column reboiler that generates liquefied argon and vaporizes a part of the low-pressure liquefied oxygen to generate low-pressure oxygen gas; an intermediate-pressure nitrogen gas supplied from an intermediate-pressure column; and the low-pressure liquefied oxygen A second low-pressure column ribo that liquefies the intermediate-pressure nitrogen gas by indirect heat exchange to generate intermediate-pressure liquefied nitrogen and vaporizes part of the low-pressure liquefied oxygen to generate low-pressure oxygen gas. And indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen gas supplied from the high-pressure tower and the medium-pressure liquefied oxygen to liquefy the high-pressure nitrogen gas to produce high-pressure liquefied nitrogen, and to convert a part of the medium-pressure liquefied oxygen At least one of an argon tower reboiler that vaporizes to generate medium pressure oxygen gas, a part of the argon gas, an argon gas that has not been liquefied by the first low pressure tower reboiler, and a part of the liquefied argon. A first product lead-out line for extracting argon as a product, low-pressure liquefied oxygen not vaporized by the first and second low-pressure tower reboilers, medium-pressure liquefied oxygen not vaporized by the argon tower reboiler, and the intermediate-pressure tower A portion of the medium pressure nitrogen gas located at the top of the medium pressure tower, a portion of the medium pressure liquefied nitrogen located at the top of the medium pressure tower, a portion of the high pressure nitrogen gas located at the top of the high pressure tower, and the high pressure Among some of the high pressure liquid nitrogen is located in the top of an air separation apparatus characterized by comprising: a second product outlet line to withdraw at least one or more of the products, it is provided.
また、請求項7に係る発明によれば、前記高圧塔及び前記中圧塔を有し、前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、前記中圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離し、前記低圧塔に、減圧させた前記高圧酸素富化液化空気、及び前記中圧酸素富化液化空気のうち、少なくとも一方を前記低圧原料として供給する低圧原料供給ラインを有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置が提供される。 Moreover, according to the invention which concerns on Claim 7, it has the said high pressure column and the said intermediate pressure tower, and the said high pressure column is obtained by compressing, refine | purifying, and cooling the air containing oxygen, nitrogen, and argon. A part or all of the high-pressure raw material air is subjected to low-temperature distillation, and separated into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air, and the intermediate pressure tower compresses, purifies air containing oxygen, nitrogen, and argon. A part or all of the medium-pressure raw material air obtained by cooling is subjected to low-temperature distillation, separated into the medium-pressure nitrogen gas and medium-pressure oxygen-enriched liquefied air, and the high-pressure oxygen reduced in pressure in the low-pressure column enriched liquefied air, and out of the in pressure oxidation Mototomi of liquefied air, the air separation apparatus according to claim 6, characterized in that it has a low material supply line for supplying at least one as the low-pressure raw material is provided.
また、請求項8に係る発明によれば、前記高圧塔及び前記中圧塔を有し、前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、前記中圧塔は、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離し、前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第1の中圧塔リボイラと、前記第1の中圧塔リボイラで気化されなかった前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給ラインと、を有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置が提供される。
Moreover, according to the invention which concerns on
また、請求項9に係る発明によれば、前記第1の中圧塔リボイラに替えて、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第2の中圧塔リボイラを有することを特徴とする請求項8記載の空気分離装置が提供される。
According to the invention of claim 9, instead of the first medium-pressure tower reboiler, part of the high-pressure raw material air or part of the high-pressure nitrogen-enriched air rising in the high-pressure tower and the medium Indirect heat exchange with pressurized oxygen-enriched liquefied air causes liquefaction of part of the high-pressure feed air or part of the high-pressure nitrogen-enriched air to produce high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air, and 9. The air separation apparatus according to
また、請求項10に係る発明によれば、前記高圧塔及び前記中圧塔を有し、前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却された高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、前記中圧塔は、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧した後に低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと前記中圧酸素富化液化空気とに分離し、前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第1の中圧塔リボイラと、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する前記高圧窒素富化空気の一部と前記第1の中圧塔リボイラで気化されていない前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第3の中圧塔リボイラと、前記第3の中圧塔リボイラで気化されていない前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給ラインと、を有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置が提供される。
According to the invention of
本発明の空気分離方法及び空気分離装置によれば、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を従来よりも多くの量採取することができる。 According to the air separation method and the air separation apparatus of the present invention, nitrogen gas, liquefied oxygen, and liquefied nitrogen that are higher than the operating pressure of the low-pressure column are suppressed as compared with the conventional one while suppressing a decrease in the yield of argon. Many quantities can be collected.
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の空気分離装置の寸法関係とは異なる場合がある。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in the drawings are different from the dimensional relationship of an actual air separation device. There is a case.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
図1を参照するに、本発明の第1の実施の形態の空気分離装置10は、空気圧縮機11と、空気予冷器12と、空気精製器14と、空気ブロワ15と、空気ブロワアフタークーラ16と、主熱交換器18と、高圧塔21と、中圧塔23と、タービンブロワ25と、タービンブロワアフタークーラ26と、タービン28と、過冷器29と、低圧塔31と、第1の低圧塔リボイラ33と、第2の低圧塔リボイラ34と、アルゴン塔36と、アルゴン塔リボイラ38と、第1製品導出ラインA1,A2と、第2製品導出ラインB1〜B6と、第3製品導出ラインC1〜C3と、第1ないし第3の低圧原料供給ラインD1〜D3と、ラインL1〜L17と、を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a system diagram showing a schematic configuration of an air separation device according to a first embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, an
なお、本発明において、「低圧」とは、低圧塔31の運転圧力及び低圧塔31の運転圧力よりも低い圧力で400kPaA以下の圧力のことをいう。また、「中圧」とは、中圧塔23の運転圧力及び中圧塔23の運転圧力よりも低く、かつ低圧塔31の運転圧力よりも高い圧力のことをいう。また、「高圧」とは、中圧塔23の運転圧力よりも高い圧力のことをいう。
In the present invention, “low pressure” refers to a pressure lower than the operating pressure of the low-
空気圧縮機11は、ラインL1に設けられており、ラインL1を介して、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気(原料空気)を供給する原料空気供給源(図示せず)、及び空気予冷器12と接続されている。
空気圧縮機11は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を圧縮する。空気圧縮機11により圧縮された該空気(原料空気)は、ラインL1を介して、空気予冷器12に輸送される。
ラインL1は、一端が原料空気供給源(図示せず)と接続されており、他端がラインL2(他端が高圧塔21と底部と接続されたライン)の一端と一体とされている。
The
The
One end of the line L1 is connected to a source air supply source (not shown), and the other end is integrated with one end of the line L2 (the other end is connected to the
空気予冷器12は、空気圧縮機11と空気精製器14との間に位置するラインL1に設けられている。空気予冷器12は、ラインL1を介して、空気圧縮機11及び空気精製器14と接続されている。
空気予冷器12は、空気圧縮機11により圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気予冷器12により圧縮熱が取り除かれた空気は、ラインL1を介して、空気精製器14に輸送される。
The
The
空気精製器14は、空気予冷器12と空気ブロワ15との間に位置するラインL1に設けられている。空気精製器14は、ラインL1を介して、空気予冷器12及び空気ブロワ15と接続されている。
The
空気精製器14は、空気予冷器12により圧縮熱が取り除かれた空気中に含まれる不純物(具体的には、例えば、水や二酸化炭素等)を除去する。空気精製器14により該不純物が除去された空気は、ラインL1を介して、空気ブロワ15に輸送されると共に、空気精製器14と空気ブロワ15との間に位置するラインL1から分岐したラインL3に供給される。
The
空気ブロワ15は、空気精製器14と空気ブロワアフタークーラ16との間に位置するラインL1に設けられている。空気ブロワ15は、空気精製器14及び空気ブロワアフタークーラ16と接続されている。
空気ブロワ15は、不純物が除去された空気の一部をさらに圧縮する。空気ブロワ15により圧縮された空気は、ラインL1を介して、空気ブロワアフタークーラ16に輸送される。
The
The
空気ブロワアフタークーラ16は、空気ブロワ15の下流側に位置するラインL1に設けられている。空気ブロワアフタークーラ16は、ラインL1を介して、空気ブロワ15と接続されている。
空気ブロワアフタークーラ16は、空気ブロワ15で圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気ブロワアフタークーラ16で冷却された空気は、一部がラインL2に供給され、残りがラインL1の一端から分岐したラインL4を介して、タービンブロワ25に供給される。
The air blower after cooler 16 is provided in a line L <b> 1 located on the downstream side of the
The air blower after cooler 16 removes the compression heat of the air compressed by the
主熱交換器18は、ラインL2,L3の一部、ラインL5の一部、第1製品導出ラインA1の一部、第2製品導出ラインB1,B3の一部、第3製品導出ラインC1〜C3の一部に設けられている。
The
主熱交換器18は、ラインL2,L3,L5を流れる高温流体と、第1製品導出ラインA1、第2製品導出ラインB1,B3、第3製品導出ラインC1〜C3を流れる低温流体と、を間接熱交換させて各高温流体を冷却し、各低温流体を加温する。
The
空気ブロワアフタークーラ16で冷却された空気は、主熱交換器18により冷却されて高圧原料空気(酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を圧縮、精製、及び冷却することで生成される原料空気)となる。高圧原料空気は、ラインL2を介して、高圧塔21に供給される。また、ラインL1から分岐したラインL3の空気は、主熱交換器18により冷却されて中圧原料空気(酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を圧縮、精製、及び冷却することで生成される原料空気)となる。中圧原料空気は、ラインL3を介して、中圧塔23に供給される。
また、主熱交換器18により冷却された後述するタービン用高圧原料空気は、ラインL5を介して、タービン28に供給される。
The air cooled by the air blower after cooler 16 is cooled by the
In addition, high-pressure turbine raw material air, which will be described later, cooled by the
高圧塔21は、ラインL2の一端と接続されている。高圧塔21は、高圧原料空気を低温蒸留することで、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する。
高圧塔21では、上記低温蒸留により、高圧塔21の塔上部に高圧窒素ガスが濃縮され、高圧塔21の塔底部に高圧酸素富化液化空気が濃縮される。
The high-
In the high-
高圧塔21の塔底部は、第1の低圧原料供給ラインD1(他端が低圧塔31の上部と接続されたライン)の一端と接続されている。
上記高圧酸素富化液化空気は、第1の低圧原料供給ラインD1、過冷器29、及び減圧弁V1を介して、低圧原料として低圧塔31の上部に供給される。
The tower bottom of the high-
The high-pressure oxygen-enriched liquefied air is supplied to the upper portion of the low-
高圧塔21の塔頂部は、ラインL12(他端がアルゴン塔リボイラ38と接続されたライン)の一端と接続されている。高圧塔21内の高圧窒素ガス(アルゴン塔リボイラ38で液化される前の高圧窒素ガス)は、ラインL12を介してアルゴン塔リボイラ38に供給される。
The top of the high-
第2製品導出ラインB3は、高圧塔21の塔頂部と接続されている。第2製品導出ラインB3の一部は、主熱交換器18を通過している。第2製品導出ラインB3は、高圧窒素ガスの一部を抜き出すためのラインである。
第2製品導出ラインB4は、過冷器29の下流側に位置するラインL11から分岐したラインである。第2製品導出ラインB4は、アルゴン塔リボイラ38で液化した高圧液化窒素を抜き出すためのラインである。
The second product lead-out line B3 is connected to the top of the
The second product lead-out line B4 is a line branched from the line L11 located on the downstream side of the
ラインL16は、ラインL10,L11の一端と接続されている。また、ラインL16は、低圧塔31の塔頂部と接続されている。
ラインL16は、ラインL10,L11により輸送された流体を低圧塔31に供給する。
The line L16 is connected to one end of the lines L10 and L11. Further, the line L16 is connected to the tower top of the low-
The line L16 supplies the fluid transported by the lines L10 and L11 to the
中圧塔23は、ラインL3の端と接続されている。中圧塔23は、中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留することで、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する。
中圧塔23では、低温蒸留により、中圧塔23の塔上部に中圧窒素ガスが濃縮され、中圧塔23の塔底部に中圧酸素富化液化空気が濃縮される。
The
In the
中圧塔23の塔底部は、第2の低圧原料供給ラインD2(他端が低圧塔31の中部と接続されたライン)の一端と接続されている。上記中圧酸素富化液化空気は、第2の低圧原料供給ラインD2、過冷器29及び減圧弁V2を介して、低圧原料として低圧塔31の中部に供給される。
The bottom of the
中圧塔23の塔頂部は、ラインL9(他端が第2の低圧塔リボイラ34と接続されたライン)の一端と接続されている。中圧塔23内の中圧窒素ガスは、ラインL9を介して、第2の低圧塔リボイラ34に供給される。
The top of the
第2製品導出ラインB1は、その一端が中圧塔23の塔頂部と接続されている。第2製品導出ラインB1は、その一部が主熱交換器18を通過している。第2製品導出ラインB1は、第2の低圧塔リボイラ34で液化する前の中圧窒素ガスの一部を抜き出すためのラインである。
One end of the second product lead-out line B <b> 1 is connected to the top of the
タービンブロワ25は、ラインL4の端、及びラインL5の一端と接続されている。タービンブロワ25は、ラインL4を介して輸送される空気を更に昇圧 し、タービン用高圧原料空気とする。タービンブロワ25で昇圧されたタービン用高圧原料空気は、ラインL5、タービンブロワアフタークーラ26、及び主熱交換器18を介して、タービン28に輸送される。
The
タービンブロワアフタークーラ26では、タービンブロワ25で昇圧されたタービン用高圧原料空気を冷却する。タービンブロワアフタークーラ26により冷却されたタービン用高圧原料空気は、ラインL5により輸送され、主熱交換器18で冷却される。その後、タービン用高圧原料空気は、タービン28に供給される。
The turbine blower after cooler 26 cools the turbine high-pressure raw material air pressurized by the
タービン28は、ラインL5の一端、及び第3の低圧原料供給ラインD3(他端が低圧塔31の中部と接続されたライン)の一端と接続されている。
タービン28は、タービンブロワアフタークーラ26及び主熱交換器18を経由したタービン用高圧原料空気を断熱膨張させて低圧タービン空気とする。低圧タービン空気は、第3の低圧原料供給ラインD3を介して、低圧塔31の中部に供給される。
The
The
過冷器29は、第1の低圧原料供給ラインD1の一部、第2の低圧原料供給ラインD2の一部、ラインL10の一部、ラインL11の一部、第3製品導出ラインC1の一部、及び第3製品導出ラインC3の一部に設けられている。
過冷器29は、第1の低圧原料供給ラインD1、第2の低圧原料供給ラインD2、ラインL10、及びラインL11を流れる高温流体と、第3製品導出ラインC1、及び第3製品導出ラインC3を流れる低温流体と、を間接熱交換させて各高温流体を冷却し、各低温流体を加温する。
The
The
低圧塔31は、ラインL16の一端、第1の低圧原料供給ラインD1の一端、第2の低圧原料供給ラインD2の一端、第3の低圧原料供給ラインD3の一端、ラインL6の一端、ラインL14の一端、第3製品導出ラインC3の一端、第3製品導出ラインC1の一端、及び第2製品導出ラインB5の一端と接続されている。
低圧塔31の塔頂部には、ラインL16を介して、減圧弁V3で減圧された高圧液化窒素、及び減圧弁V4で減圧された中圧液化窒素が還流液として供給される。
The low-
High-pressure liquefied nitrogen decompressed by the decompression valve V3 and medium-pressure liquefied nitrogen decompressed by the decompression valve V4 are supplied as reflux liquid to the top of the low-
低圧塔31の上部には、第1の低圧原料供給ラインD1を介して、過冷器29で冷却され減圧弁V1で減圧された高圧酸素富化液化空気が低圧原料として供給される。
低圧塔31の中部には、第2の低圧原料供給ラインD2を介して、過冷器29で冷却され減圧弁V2で減圧された中圧酸素富化液化空気と、第3の低圧原料供給ラインD3を介して、タービン28で膨張された低圧タービン空気とが低圧原料として供給される。
低圧塔31の下部には、ラインL14を介して、アルゴン塔36の塔底部から抜き出され減圧弁V8で減圧された中圧液化酸素が供給される。
The high pressure oxygen-enriched liquefied air cooled by the supercooler 29 and decompressed by the pressure reducing valve V1 is supplied to the upper portion of the
In the middle of the low-
Medium pressure liquefied oxygen extracted from the bottom of the
低圧塔31は、高圧酸素富化液化空気、中圧酸素富化液化空気、及び低圧タービン空気を含む低圧原料(言い換えれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体)を低温蒸留することで、低圧窒素ガスと、低圧液化酸素と、液化フィードアルゴンと、に分離する。
このとき、低圧塔31の塔上部に低圧窒素ガスが濃縮され、低圧塔31の塔底部に低圧液化酸素が濃縮され、低圧塔31の下部に液化フィードアルゴンが濃縮される。
低圧塔31の下部は、ラインL6を介して、アルゴン塔36の中部または下部と接続されている。低圧塔31で分離された液化フィードアルゴンは、ラインL6を介して、アルゴン塔36の中部または下部に供給される。
The
At this time, the low-pressure nitrogen gas is concentrated at the top of the low-
The lower part of the low-
第3製品導出ラインC3は、低圧塔31の塔頂部と接続されている。第3製品導出ラインC3は、過冷器29及び主熱交換器18を通過している。第3製品導出ラインC3は、過冷器29及び主熱交換器18を経由して熱回収された低圧窒素ガス(低圧塔31内の塔頂部から導出された低圧窒素ガス)を製品として抜き出す際に使用するラインである。
The third product lead-out line C3 is connected to the top of the
第3製品導出ラインC1は、一端が第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34よりも上方に位置する低圧塔31の底部と接続されている。また、第3製品導出ラインC1の一部は、主熱交換器18及び過冷器29を通過している。
第3製品導出ラインC1は、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34で気化された低圧酸素ガスの一部を抜き出すためのラインである。
One end of the third product lead-out line C1 is connected to the bottom of the low-
The third product lead-out line C1 is a line for extracting a part of the low-pressure oxygen gas vaporized by the first and second low-
第2製品導出ラインB5は、一端が第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34よりも下方に位置する低圧塔31の底部と接続されている。第2製品導出ラインB5は、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34で気化されなかった低圧液化酸素を抜き出すためのラインである。
One end of the second product lead-out line B5 is connected to the bottom of the low-
第1の低圧塔リボイラ33は、低圧塔31の底部内に配置されている。第1の低圧塔リボイラ33は、ラインL7(他端がアルゴン塔36の塔頂部と接続されたライン)の一端、及びラインL8の一端と接続されている。
第1の低圧塔リボイラ33には、ラインL7を介して、アルゴン塔36内のアルゴンガスが供給される。
The first low
Argon gas in the
第1の低圧塔リボイラ33では、アルゴン塔36から供給されたアルゴンガスの一部または全量と、低圧塔31内の低圧液化酸素と、を間接熱交換させることで、アルゴンガスを液化して液化アルゴンが生成すると共に、低圧液化酸素を気化させることで低圧酸素ガスが生成する。
In the first low-
第1製品導出ラインA1は、ラインL7から分岐したラインである。第1製品導出ラインA1は、その一部が主熱交換器18を通過している。第1製品導出ラインA1は、液化する前のアルゴンガスの一部を抜き出すためのラインである。
また、第1製品導出ラインA1は、第1の低圧塔リボイラ33の出口においてラインL8から分岐したラインである場合もあり、この場合、第1の低圧塔リボイラ33で液化しなかったアルゴンガスを抜き出すためのラインとなる。
The first product derivation line A1 is a line branched from the line L7. Part of the first product lead-out line A1 passes through the
The first product lead-out line A1 may be a line branched from the line L8 at the outlet of the first low-
第1製品導出ラインA2は、ラインL8から分岐したラインである。第1製品導出ラインA2は、ラインL8を流れる液化アルゴンを抜き出すためのラインである。 The first product derivation line A2 is a line branched from the line L8. The first product lead-out line A2 is a line for extracting liquefied argon flowing through the line L8.
第2の低圧塔リボイラ34は、第1の低圧塔リボイラ33と対向するように、低圧塔31の底部内に配置されている。第2の低圧塔リボイラ34は、ラインL9(他端が中圧塔23の塔頂部と接続されたライン)の一端、及びラインL10の一端と接続されている。
第2の低圧塔リボイラ34には、ラインL9を介して、中圧塔23内の中圧窒素ガスの一部または全量が供給される。
The second low-
The second low-
第2の低圧塔リボイラ34では、中圧塔23から供給された中圧窒素ガスの一部または全量と、低圧塔31内の低圧液化酸素と、を間接熱交換させることで、中圧窒素ガスが液化されて中圧液化窒素が生成されると共に、低圧液化酸素が気化することで低圧酸素ガスが生成される。
第2の低圧塔リボイラ34で生成された中圧液化窒素は、ラインL10に供給される。ラインL10の一部は、過冷器29を通過している。
In the second low-
The medium-pressure liquefied nitrogen produced in the second low-
第2製品導出ラインB2は、ラインL10から分岐したラインである。第2製品導出ラインB2は、第2の低圧塔リボイラ34で液化された中圧液化窒素の一部を抜き出すためのラインである。
The second product derivation line B2 is a line branched from the line L10. The second product lead-out line B2 is a line for extracting a part of the medium-pressure liquefied nitrogen liquefied by the second low-
アルゴン塔36は、ラインL6の一端、ラインL7の一端、ラインL8の一端、ラインL14の一端、及び第3製品導出ラインC2と接続されている。
アルゴン塔36には、ラインL6を介して、低圧塔31内の液化フィードアルゴンが供給される。アルゴン塔36は、液化フィードアルゴンを低温蒸留することで、液化フィードアルゴンをアルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。
このとき、アルゴン塔36の塔上部にアルゴンガスが濃縮され、アルゴン塔36の塔底部に中圧液化酸素が濃縮される。
The
The
At this time, the argon gas is concentrated on the top of the
第3製品導出ラインC2は、アルゴン塔36の塔底部と接続されている。第3製品導出ラインC2は、アルゴン塔リボイラ38で気化した中圧酸素ガスを抜き出すためのラインである。
第2製品導出ラインB6は、アルゴン塔36の塔底部と接続されている。第2製品導出ラインB6は、アルゴン塔リボイラ38で気化されなかった中圧液化酸素を抜き出すためのラインである。
The third product lead-out line C2 is connected to the tower bottom of the
The second product lead-out line B6 is connected to the tower bottom of the
アルゴン塔リボイラ38は、アルゴン塔36内の底部に配置されている。アルゴン塔リボイラ38は、他端が高圧塔21の塔頂部と接続されたラインL12の一端、及び他端が高圧塔21の塔頂部に接続されたラインL13の一端と接続されている。アルゴン塔リボイラ38には、ラインL12を介して、高圧塔21内の高圧窒素ガスの一部または全量が供給される。
The
アルゴン塔リボイラ38では、高圧窒素ガスの一部または全量とアルゴン塔36内の中圧液化酸素とを間接熱交換させることで、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成する。
The
第1の実施の形態の空気分離装置によれば、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素と液化フィードアルゴンとに分離する低圧塔31と、液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔36と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の低圧塔リボイラ33と、中圧塔23から供給された中圧窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の低圧塔リボイラ34と、高圧塔21から供給された高圧窒素ガスと中圧液化酸素との間接熱交換により、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成し、中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成するアルゴン塔リボイラ38と、第1の低圧塔リボイラ33で液化される前のアルゴンガスの一部または第1の低圧塔リボイラ33で液化されなかったアルゴンガスを製品として抜き出す第1製品導出ラインA1と、第1の低圧塔リボイラ33で液化された液化アルゴンの一部を製品として抜き出す第1製品導出ラインA2と、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34で気化されていない低圧液化酸素を製品として抜き出す第2製品送出ラインB5と、アルゴン塔リボイラで気化されていない中圧液化酸素を製品として抜き出す第2製品導出ラインB6と、中圧窒素ガスの一部を製品として抜き出す第2製品導出ラインB1と、中圧液化窒素の一部を製品として抜き出す第2製品導出ラインB2と、高圧塔21の塔頂部の高圧窒素ガスの一部を製品として抜き出す第2製品導出ラインB3と、高圧塔21の塔頂部の高圧液化窒素の一部を製品として抜き出す第2製品導出ラインB4と、を有する。
According to the air separation apparatus of the first embodiment, a mixed fluid that is a low-pressure raw material and contains oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to separate into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and liquefied feed argon. Low-
このように、低圧塔31よりも圧力の高いアルゴン塔36を有することで、中圧塔23の塔頂部に位置する中圧窒素ガスによってだけでなく、アルゴン塔36の塔頂部に位置するアルゴンガスによっても、低圧塔31の底部に位置する低圧液化酸素をリボイルすることが可能となる。
これにより、高圧塔21の上部から高圧窒素ガスを導出したり、中圧塔23の上部から中圧窒素ガスを導出したり、タービン用高圧原料空気の流量を増やすことで高圧塔21に供給される高圧原料空気の流量が減少したりした場合においても低圧塔31の上昇ガス量を十分に確保することが可能となるので、図6に示す従来の空気分離装置200と比較して、アルゴンの収率の低下を抑制することができる。
Thus, by having the
As a result, high pressure nitrogen gas is derived from the upper part of the
例えば、中圧塔23の塔頂部から中圧窒素ガスを多量に採取する場合、従来の装置では、アルゴン収率が大幅に低下(例えば60%)するが、第1の実施の形態の空気分離装置10を用いることで、同じ量の中圧窒素ガスを採取した場合においても高いアルゴン収率(例えば80%以上)を維持することができる。
For example, when a large amount of medium-pressure nitrogen gas is collected from the top of the medium-
また、アルゴン収率が同じであっても、高圧窒素ガスや、中圧窒素ガスや、タービン用高圧原料空気等の流量を従来の装置に比べて増やすことができる。
例えば、アルゴン収率を80%に維持する場合にタービンに供給できる空気の流量は、従来の装置では原料空気量の約10%であるが、第1の実施の形態の空気分離装置10を用いることで原料空気量の20%以上とすることができる。
Moreover, even if the argon yield is the same, the flow rates of high-pressure nitrogen gas, medium-pressure nitrogen gas, high-pressure raw material air for turbines, and the like can be increased as compared with conventional devices.
For example, when the argon yield is maintained at 80%, the flow rate of air that can be supplied to the turbine is about 10% of the amount of raw material air in the conventional apparatus, but the
この結果、液化ガス製品(即ち、液化アルゴンLAR、低圧液化酸素LPLO2、中圧液化酸素MPLO2、中圧液化窒素MPLN2、及び高圧液化窒素HPLN2)の合計流量は、従来の装置では原料空気量の1%以下であるのに対して、第1の実施の形態の空気分離装置10では原料空気量の3%以上にすることができる。
As a result, the total flow rate of the liquefied gas product (i.e., liquid argon LAR, low pressure liquid oxygen LPLO 2, medium liquefied oxygen MPLO 2, medium pressure liquid nitric MPLN 2, and high pressure liquid nitrogen HPLN 2) is, in the conventional device raw material While the air amount is 1% or less, the
なお、第1の実施の形態の空気分離装置10では、第1製品導出ラインとして、第1製品導出ラインA1,A2を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、第1製品導出ラインA1,A2のうち、少なくともどちらか一方の第1製品導出ラインを有する空気分離装置に適用可能である。
In the
また、第1の実施の形態の空気分離装置10では、第2製品導出ラインとして、第2製品導出ラインB1〜B6を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、第2製品導出ラインB1〜B6のうち、少なくとも1つの第2製品導出ラインを有する空気分離装置に適用可能である。
Moreover, in the
また、第1の実施の形態の空気分離装置10では、低圧原料供給ラインとして、第1ないし第3の低圧原料供給ラインD1〜D3を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、第1ないし第3の低圧原料供給ラインD1〜D3のうち、少なくとも1つの低圧原料供給ラインを有する空気分離装置に適用可能である。
Moreover, in the
次に、図1を参照して、空気分離装置10を用いた場合の第1の実施の形態の空気分離方法について説明する。
始めに、空気圧縮機11により、酸素、窒素、及びアルゴンを含む大気中の空気を圧縮する。次いで、空気予冷器12を用いて、圧縮した空気を常温付近の温度まで冷却する。次いで、空気精製器14を用いて、常温付近の温度とされた空気に含まれる水分や二酸化炭素等の不純物を除去する。
Next, with reference to FIG. 1, the air separation method of 1st Embodiment at the time of using the
First, air in the atmosphere containing oxygen, nitrogen, and argon is compressed by the
不純物が除去された空気の一部は、空気ブロワ15により、さらに昇圧される。空気ブロワ15により昇圧された空気は、空気ブロワアフタークーラ16により圧縮熱が取り除かれ、主熱交換器18により露点付近まで冷却されて高圧原料空気となり、高圧塔21に供給される。
Part of the air from which impurities have been removed is further pressurized by the
高圧塔21では、高圧原料空気とアルゴン塔リボイラ38から供給された高圧液化窒素との気液接触により、高圧原料空気が低温蒸留され、高圧塔21の塔頂部の高圧窒素ガスと、高圧塔21の塔底部の高圧酸素富化液化空気と、に分離される(高圧窒素分離工程)。
In the high-
高圧塔21の塔頂部に存在する濃縮された高圧窒素ガスの一部は、ラインL12を介して、アルゴン塔リボイラ38に供給される。
アルゴン塔リボイラ38では、高圧塔21から供給された高圧窒素ガスの一部または全量と、アルゴン塔36内の中圧液化酸素との間接熱交換により、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素が生成されると共に、中圧液化酸素が気化して中圧酸素ガスが生成される(第3の間接熱交換工程)。
A part of the concentrated high-pressure nitrogen gas existing at the top of the high-
In the
製品となる高圧窒素ガス(HPGN2)が採取される場合には、高圧塔21の塔頂部の高圧窒素ガス(第3の間接熱交換工程において液化する前の高圧窒素ガス)の一部が第2製品導出ラインB3に導出され、主熱交換器18で熱回収された後に製品として抜き出される(第2製品導出工程)。 When high pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) as a product is collected, a part of the high pressure nitrogen gas at the top of the high pressure column 21 (high pressure nitrogen gas before being liquefied in the third indirect heat exchange step) 2 is led out to the product lead-out line B3, and is recovered as heat after being recovered by the main heat exchanger 18 (second product lead-out step).
アルゴン塔リボイラ38で液化した高圧液化窒素の一部は、高圧塔21の還流液となり、残りはラインL11に導出され、次いで、過冷器29により冷却され、減圧弁V3で減圧された後、還流液として低圧塔31に導入される。
製品となる高圧液化窒素(HPLN2)が採取される場合には、過冷器29で冷却された高圧液化窒素の一部(製品)が第2製品導出ラインB4を介して抜き出される(第2製品導出工程)。
A part of the high-pressure liquefied nitrogen liquefied by the
When high-pressure liquefied nitrogen (HPLN 2 ) as a product is collected, a part (product) of the high-pressure liquefied nitrogen cooled by the
高圧塔21の塔底から第1の低圧原料供給ラインD1に導出された高圧酸素富化液化空気は、過冷器29により冷却される。その後、冷却された高圧酸素富化液化空気は、減圧弁V1で減圧され、低圧原料(酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体)として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
The high-pressure oxygen-enriched liquefied air led out from the bottom of the high-
空気精製器14を経由した空気の一部は、ラインL3に供給され、主熱交換器18により露点付近の温度まで冷却されて中圧原料空気となる。中圧原料空気は、中圧塔23に供給され、中圧液化窒素との気液接触により低温蒸留され、中圧塔23の塔頂部の中圧窒素ガスと中圧塔23の塔底部の中圧酸素富化液化空気とに分離される(中圧窒素分離工程)。
Part of the air that has passed through the
中圧塔23の塔頂部に位置する中圧窒素ガスは、ラインL9により第2の低圧塔リボイラ34に供給される。
第2の低圧塔リボイラ34では、低圧塔31内の低圧液化酸素と中圧窒素ガスとの間接熱交換により、該低圧液化酸素を蒸発させることで低圧酸素ガスが生成され、かつ中圧窒素ガスが全量凝縮することで中圧液化窒素が生成される(第2の間接熱交換工程)。
The medium-pressure nitrogen gas located at the top of the medium-
In the second low-
製品となる中圧窒素ガス(MPGN2)が採取される場合には、中圧塔23の塔頂部に位置する中圧窒素ガス(第2の間接熱交換工程において液化する前の中圧窒素ガス)の一部が第2製品導出ラインB1に導出され、主熱交換器18により熱回収された後に製品として抜き出される(第2製品導出工程)。 When medium pressure nitrogen gas (MPGN 2 ) as a product is collected, medium pressure nitrogen gas located at the top of the medium pressure tower 23 (medium pressure nitrogen gas before being liquefied in the second indirect heat exchange step) ) Is led out to the second product lead-out line B1, and is recovered as heat after being recovered by the main heat exchanger 18 (second product lead-out step).
第2の低圧塔リボイラ34で液化された中圧液化窒素の一部は、中圧塔23の還流液となる。また、中圧液化窒素の残りは、ラインL10に導出され、その後、過冷器29により冷却される。冷却された中圧液化窒素は、減圧弁V4で減圧され、その後、還流液として低圧塔31に供給される。
製品となる中圧液化窒素(MPLN2)が採取される場合には、ラインL10から分岐した第2製品導出ラインB2を介して中圧液化窒素の一部が抜き出される(第2製品導出工程)。
Part of the medium-pressure liquefied nitrogen liquefied by the second low-
When medium pressure liquefied nitrogen (MPLN 2 ) as a product is collected, a part of the medium pressure liquefied nitrogen is extracted via the second product derivation line B2 branched from the line L10 (second product derivation step). ).
中圧塔23の塔底から第2の低圧原料供給ラインD2により導出された中圧酸素富化液化空気は、過冷器29により冷却された後、減圧弁V2で減圧され、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
The medium-pressure oxygen-enriched liquefied air led out from the bottom of the medium-
空気ブロワ15及び空気ブロワアフタークーラ16を経由することで、昇圧及び冷却された空気の一部は、ラインL4により輸送される。ラインL4により輸送された空気は、タービンブロワ25で昇圧され、タービン用高圧原料空気となる。タービン用高圧原料空気は、ラインL5に輸送されて、タービンブロワアフタークーラ26で圧縮熱を取り除かれた後に主熱交換器18で冷却され、その後、タービン28に導入される。
A part of the pressurized and cooled air is transported by the line L4 through the
タービン28に導入されたタービン用高圧原料空気は、低圧塔31の操作圧力まで断熱膨張して寒冷を発生させることで低圧タービン空気となる。低圧タービン空気は、第3の低圧原料供給ラインD3を介して、低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
なお、タービンブロワ25は、タービン28と同軸とし、タービン28で高圧原料空気の一部を膨張させる際に得られる動力を利用してタービンブロワ25を駆動させる。
The turbine high-pressure raw material air introduced into the
The
低圧塔31では、減圧弁V1で減圧された高圧酸素富化液化空気と、減圧弁V2で減圧された中圧酸素富化液化空気と、タービン28で断熱膨張した低圧タービン空気と、を含む低圧原料(言い換えれば、酸素、窒素及びアルゴンを含む混合流体)が低温蒸留され、低圧塔31の塔頂部の低圧窒素ガスと、低圧塔31の下部の液化フィードアルゴンと、低圧塔31の塔底部の低圧液化酸素と、に分離される(低圧酸素分離工程)。
The
低圧塔31の塔頂部に位置する低圧窒素ガスは、第3製品導出ラインC3に導出され、過冷器29及び主熱交換器18を経由して熱回収された後に、製品である低圧窒素ガス(LPGN2)として抜き出される。
The low-pressure nitrogen gas located at the top of the low-
低圧塔31の下部から導出された液化フィードアルゴンは、ラインL6を介して、アルゴン塔36の中部または下部に供給される。
このとき、液化フィードアルゴン中の窒素成分は、例えば、500ppm以下であることが好ましい。また、液化フィードアルゴン中のアルゴン成分は、例えば、3%〜20%の範囲であることが好ましい。
アルゴン塔36では、液化フィードアルゴンが低温蒸留され、アルゴン塔36の塔頂部のアルゴンガスと、アルゴン塔36の塔底部の中圧液化酸素と、に分離される(アルゴン分離工程)。
The liquefied feed argon derived from the lower part of the low-
At this time, the nitrogen component in the liquefied feed argon is preferably, for example, 500 ppm or less. The argon component in the liquefied feed argon is preferably in the range of 3% to 20%, for example.
In the
第1の低圧塔リボイラ33では、アルゴン塔36から供給されたアルゴンガスの一部または全量と、低圧塔31内の低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスが液化することで液化アルゴンが生成されると共に、低圧液化酸素が気化することで低圧酸素ガスが生成される(第1の間接熱交換工程)。
第1の間接熱交換工程で液化した該液化アルゴンは、ラインL8を介して、アルゴン塔36に供給される。アルゴン塔36に供給された液化アルゴンは、アルゴン塔36の還流液となる。
In the first low-
The liquefied argon liquefied in the first indirect heat exchange step is supplied to the
製品となるアルゴンガス(GAR)を採取する場合には、アルゴンガス(第1の間接熱交換工程において液化する前のアルゴンガス)の一部または第1の間接熱交換工程において液化しなかったアルゴンガス(詳しくは、第1の間接熱交換工程で部分的に液化して生成された気液二相のアルゴン流体を気液分離して得られたアルゴンガス)が第1製品導出ラインA1に導出され、該アルゴンガスを主熱交換器18で熱回収された後に製品として抜き出される(第1製品導出工程)。
また、製品となる液化アルゴン(LAR)が回収される場合には、第1製品導出ラインA2を介して、液化アルゴンの一部が製品として抜き出される(第1製品導出工程)。
When collecting argon gas (GAR) as a product, a part of argon gas (argon gas before liquefying in the first indirect heat exchange step) or argon not liquefied in the first indirect heat exchange step Gas (specifically, argon gas obtained by gas-liquid separation of gas-liquid two-phase argon fluid generated by partial liquefaction in the first indirect heat exchange step) is led to the first product lead-out line A1. The argon gas is heat-recovered by the
Moreover, when the liquefied argon (LAR) used as a product is collect | recovered, a part of liquefied argon is extracted as a product via 1st product derivation line A2 (1st product derivation process).
製品となる低圧酸素ガス(LPGO2)が採取される場合には、低圧酸素ガスの一部(言い換えれば、第1及び第2の間接熱交換工程において気化した低圧液化酸素の一部)が第3製品導出ラインC1に導出され、その後、過冷器29及び主熱交換器18により熱回収された後に、製品として抜き出される。
When the low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) as the product is collected, a part of the low-pressure oxygen gas (in other words, a part of the low-pressure liquefied oxygen vaporized in the first and second indirect heat exchange steps) is obtained. The product is led out to the three product lead-out line C1, and then is heat-recovered by the supercooler 29 and the
製品となる低圧液化酸素(LPLO2)が採取される場合には、第2製品導出ラインB5を介して、第1及び第2の間接熱交換工程において気化しなかった低圧液化酸素が製品として抜き出される(第2製品導出工程)。 When low-pressure liquefied oxygen (LPLO 2 ) as a product is collected, low-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized in the first and second indirect heat exchange processes is extracted as a product via the second product lead-out line B5. (Second product derivation step).
製品となる中圧酸素ガス(MPGO2)が採取される場合には、アルゴン塔リボイラ38で気化した中圧酸素ガスの一部が第3製品導出ラインC2に導出され、主熱交換器18で熱回収された後に製品として抜き出される。
When the intermediate pressure oxygen gas (MPGO 2 ) as a product is collected, a part of the intermediate pressure oxygen gas vaporized by the
製品となる低圧液化酸素(MPLO2)が採取される場合には、第2製品導出ラインB6に第3の間接熱交換工程で蒸発しなかった中圧液化酸素が導出され、該中圧液化酸素が製品として抜き出される(第2製品導出工程)。 When low-pressure liquefied oxygen (MPLO 2 ) as a product is collected, medium-pressure liquefied oxygen that has not evaporated in the third indirect heat exchange step is led to the second product lead-out line B6. Is extracted as a product (second product derivation step).
また、低圧塔31の液化フィードアルゴン導出部より下の部分、及びアルゴン塔36の液化フィードアルゴン導入部より下の部分のL/Vバランスを調整するために、アルゴン塔リボイラ38で蒸発しなかった中圧液化酸素が、ラインL14(アルゴン塔36の底部と低圧塔31の底部とを接続するライン)を介して、低圧塔31の底部に導入されたり、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34で蒸発しなかった低圧液化酸素が、ラインL15を介して、アルゴン塔36の底部に導入されたりする場合がある。
Further, in order to adjust the L / V balance of the portion below the liquefied feed argon lead-out portion of the
例えば、アルゴン塔リボイラ38、第1の低圧塔リボイラ33、及び第2の低圧塔リボイラ34の交換熱量を変えることなく、アルゴン塔36の液化フィードアルゴン導入部より下の部分のL/Vを大きくし、低圧塔31の液化フィードアルゴン導出部より下の部分のL/Vを小さくしたい場合、ラインL6を流れる液化フィードアルゴンの流量を増加させると共に、ラインL14を流れる中圧液化酸素の流量を増加させるか、或いはラインL15を流れる低圧液化酸素の流量を減少させればよい。
For example, without changing the exchange heat quantity of the
上述の通り、高圧塔21、中圧塔23、低圧塔31、及びアルゴン塔36は、各間接熱交換工程により熱的に統合されているため、各蒸留塔の操作圧力は、低圧塔31、アルゴン塔36、中圧塔23、高圧塔21の順に高くなっている。
したがって、操作圧力が低い蒸留塔から操作圧力が高い蒸留塔へ液化ガス流体を供給する場合(例えば、ラインL6等に液化ガス流体を供給する場合)、送液経路に設置された液化ガスポンプ(図示せず)を用いるか、或いは、各蒸留塔間の液ヘッド差を利用することで、液化ガス流体を送液することができる。
As described above, the high-
Accordingly, when a liquefied gas fluid is supplied from a distillation column having a low operating pressure to a distillation column having a high operating pressure (for example, when supplying a liquefied gas fluid to the line L6 or the like), a liquefied gas pump (see FIG. Liquefied gas fluid can be fed by using a liquid head difference (not shown) or by utilizing a liquid head difference between the distillation columns.
逆に操作圧力が高い蒸留塔から操作圧力が低い蒸留塔へ液化ガス流体を供給する場合で、かつレイアウト上、蒸留塔間の液ヘッド差が大きくなり、各蒸留塔の操作圧力の圧力差のみで液化ガス流体を送液できない場合には、液化ガスポンプを利用することもできる。 Conversely, when the liquefied gas fluid is supplied from a distillation column with a high operating pressure to a distillation column with a low operating pressure, and due to the layout, the liquid head difference between the distillation columns increases, only the pressure difference between the operating pressures of each distillation column. If the liquefied gas fluid cannot be fed, a liquefied gas pump can be used.
図示していないが、空気分離装置10の運転に必要な寒冷の発生方法は、空気ブロワアフタークーラ16の出口側に位置する空気に替えて、空気精製器14の出口側に位置する空気の一部を、タービンブロワ25、タービンブロワアフタークーラ26、及び主熱交換器18を経由して、タービン28に導入し、断熱膨張させることで、寒冷を発生させてもよい。
Although not shown, the method of generating the cold necessary for the operation of the
また、タービン28の出口側の圧力を中圧塔23の操作圧力付近の値とし、かつ図1に破線で示すラインL17を介して、中圧塔23の下部にタービン28から導出された中圧タービン空気を供給する場合もある。
Further, the pressure on the outlet side of the
また、図示していないが、空気ブロワアフタークーラ16の出口側に位置する空気の替わりに、中圧塔23の上部から導出された中圧窒素ガスを、主熱交換器18、タービンブロワ25、タービンブロワアフタークーラ26、及び主熱交換器18を経てタービン28に導入することで、中圧窒素ガスを断熱膨張させて、寒冷を発生させる場合もある。
この場合、タービン28から導出された低圧タービン窒素ガスは、主熱交換器18で熱回収された後、製品である低圧窒素ガス(LPGN2)の一部となる。
Although not shown, instead of the air located on the outlet side of the air blower after cooler 16, medium pressure nitrogen gas led out from the upper part of the
In this case, the low-pressure turbine nitrogen gas derived from the
また、図示していないが、空気ブロワアフタークーラ16の出口側に位置する空気の替わりに、高圧塔21の上部から導出された高圧窒素ガスを、主熱交換器18、タービンブロワ25、タービンブロワアフタークーラ26、主熱交換器18を介して、タービン28に導入し、該高圧窒素ガスを断熱膨張させることで、寒冷を発生させる場合もある。
Although not shown, instead of the air located on the outlet side of the air blower after cooler 16, high-pressure nitrogen gas led out from the upper part of the high-
このときタービン28の出口側の圧力が低圧塔31の操作圧力付近の圧力である場合、タービン28から導出された低圧タービン窒素ガスは、主熱交換器18で熱回収された後に製品となる低圧窒素ガス(LPGN2)の一部となる。
また、図示していないが、タービン28の出口圧力が中圧塔23の操作圧力付近の圧力である場合、タービン28から導出された中圧タービン窒素ガスは、主熱交換器18で熱回収された後に、製品となる中圧窒素ガス(MPGN2)の一部になったり、中圧塔23の上部または第2の低圧塔リボイラ34に導入されたりする。
At this time, when the pressure on the outlet side of the
Although not shown, when the outlet pressure of the
また、図示していないが、液化ガス貯槽や液化ガス製造装置から液化酸素や液化窒素が導入されることにより、寒冷が補給される場合もある。 In addition, although not shown in the drawing, cold may be replenished by introducing liquefied oxygen or liquefied nitrogen from a liquefied gas storage tank or a liquefied gas manufacturing apparatus.
製品となるアルゴンガスに含まれるアルゴンの濃度、及び製品となる液化アルゴンに含まれるアルゴンの濃度は、例えば、50%以上、好ましくは95%以上にするとよい。 The concentration of argon contained in the argon gas as the product and the concentration of argon contained in the liquefied argon as the product may be 50% or more, preferably 95% or more, for example.
アルゴンガスや液化アルゴンは、上述の通り、製品としてそのまま回収される場合の他に、後段にアルゴン精製設備を設けて酸素成分や窒素成分等の不純物が除去される場合がある。
また、製品となるアルゴンガスや製品となる液化アルゴンが不要な場合においても、製品となるアルゴンガスを採取することにより、酸素収率を改善することが可能である。
As described above, argon gas and liquefied argon may be collected as a product as they are, and an argon purification facility may be provided in the subsequent stage to remove impurities such as oxygen and nitrogen components.
In addition, even when argon gas as a product or liquefied argon as a product is unnecessary, it is possible to improve the oxygen yield by collecting the argon gas as a product.
第1の実施の形態の空気分離方法によれば、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素と液化フィードアルゴンとに分離する低圧酸素分離工程と、液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の間接熱交換工程と、中圧塔23から供給された中圧窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の間接熱交換工程と、高圧塔21から供給された高圧窒素ガスと中圧液化酸素との間接熱交換により、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成する第3の間接熱交換工程と、第1の間接熱交換工程において液化する前のアルゴンガスの一部、第1の間接熱交換工程において液化しなかったアルゴンガス、及び液化アルゴンの一部のうち少なくとも1つ以上を製品として抜き出す第1製品導出工程と、第1及び第2の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、第3の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、中圧窒素ガスの一部、中圧液化窒素の一部、高圧塔の塔頂部の高圧窒素ガスの一部、及び高圧塔の塔頂部の高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出工程と、を含む。
According to the air separation method of the first embodiment, a mixed fluid that is a low-pressure raw material and contains oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to be separated into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and liquefied feed argon. The low pressure oxygen separation step, the low temperature distillation of the liquefied feed argon to separate it into argon gas and medium pressure liquefied oxygen, and the indirect heat exchange between the argon gas and low pressure liquefied oxygen to liquefy the argon gas. A first indirect heat exchange step for generating low pressure oxygen gas by generating a part of the low pressure liquid oxygen and generating a low pressure oxygen gas, medium pressure nitrogen gas and low pressure liquid oxygen supplied from the
このように、低圧塔31よりも圧力の高いアルゴン塔36を含むことで、中圧塔23の塔頂部に位置する中圧窒素ガスによってだけでなく、アルゴン塔36の塔頂部に位置するアルゴンガスによっても、低圧塔31の底部に位置する低圧液化酸素をリボイルすることが可能となる。
これにより、高圧塔21の上部から高圧窒素ガスを導出したり、中圧塔23の上部から中圧窒素ガスを導出したり、タービン用高圧原料空気の流量を増やすことで高圧塔21に供給される高圧原料空気の流量が減少したりした場合においても低圧塔31の上昇ガス量を十分に確保することが可能となるので、図6に示す従来の空気分離装置200と比較して、アルゴンの収率の低下を抑制できる。
Thus, by including the
As a result, high pressure nitrogen gas is derived from the upper part of the
例えば、中圧塔の塔頂部から中圧窒素ガスを多量に採取する場合、従来の装置200では、アルゴン収率が大幅に低下(例えば60%)するが、第1の実施の形態の空気分離装置10を用いることで、同じ量の中圧窒素ガスを採取した場合においても高いアルゴン収率(例えば80%以上)を維持することができる。
For example, when a large amount of medium pressure nitrogen gas is collected from the top of the medium pressure tower, the
また、アルゴン収率が同じであっても、高圧窒素ガスや、中圧窒素ガスや、タービン用高圧原料空気等の流量を従来の装置に比べて増やすことができる。
例えば、アルゴン収率を80%に維持する場合にタービンに供給できる空気の流量は、従来の装置200では原料空気量の約10%であるが、第1の実施の形態の空気分離装置10を用いることで原料空気量の20%以上とすることができる。
Moreover, even if the argon yield is the same, the flow rates of high-pressure nitrogen gas, medium-pressure nitrogen gas, high-pressure raw material air for turbines, and the like can be increased as compared with conventional devices.
For example, when the argon yield is maintained at 80%, the flow rate of air that can be supplied to the turbine is about 10% of the amount of raw material air in the
この結果、液化ガス製品(即ち、液化アルゴンLAR、低圧液化酸素LPLO2、中圧液化酸素MPLO2、中圧液化窒素MPLN2、及び高圧液化窒素HPLN2)の合計流量は、従来の装置200では原料空気量の1%以下であるのに対して、第1の実施の形態の空気分離装置10では原料空気量の3%以上となる。
As a result, the total flow rate of the liquefied gas product (i.e., liquid argon LAR, low pressure liquid oxygen LPLO 2, medium liquefied oxygen MPLO 2, medium pressure liquid nitric MPLN 2, and high pressure liquid nitrogen HPLN 2) is, in the
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図2において、図1に示す第1の実施の形態の空気分離装置10と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a system diagram showing a schematic configuration of an air separation device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those of the
図2を参照するに、第2の実施の形態の空気分離装置50は、第1の実施の形態の空気分離装置10の構成要素から空気ブロワ15、空気ブロワアフタークーラ16、第1製品導出ラインA1、第2製品導出ラインB1,B4,B5,B6、第3製品導出ラインC2、及びラインL3を除くと共に、ラインL18〜L20、減圧弁V5、及び第1の中圧塔リボイラ53を有すること以外は、空気分離装置10と同様に構成される。
Referring to FIG. 2, an
ラインL18は、第1の低圧原料供給ラインD1から分岐したラインであり、減圧弁V5を介して、中圧塔23の下部と接続されている。
中圧塔23の原料(中圧原料)は、高圧塔21の底部に位置する高圧酸素富化液化空気である。高圧塔21の底部に位置する高圧酸素富化液化空気は、高圧塔21から第1の低圧原料供給ラインD1に導出された後、ラインL18に分岐され、減圧弁V5で減圧された後、中圧塔23に供給される。
The line L18 is a line branched from the first low-pressure raw material supply line D1, and is connected to the lower part of the
The raw material (medium pressure raw material) of the
第1の中圧塔リボイラ53は、中圧塔23内の底部に配置されている。第1の中圧塔リボイラ53は、ラインL12から分岐したラインL19と接続されている。また、第1の中圧塔リボイラ53は、他端が高圧塔21の塔頂部に接続されたラインL20と接続されている。
The first intermediate
第1の中圧塔リボイラ53では、中圧塔23の下部に位置する中圧酸素富化液化空気と、高圧塔21の上部から導出された高圧窒素ガスの一部と、の間接熱交換が行われる(第4の間接熱交換工程)。
これにより、中圧酸素富化液化空気の一部が気化して中圧酸素富化空気になると共に、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素となる。
In the first intermediate-
Thereby, a part of the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to become medium-pressure oxygen-enriched air, and the high-pressure nitrogen gas is liquefied to become high-pressure liquefied nitrogen.
第1の中圧塔リボイラ53で生成された中圧酸素富化空気は、中圧塔23の上昇ガスとなり、中圧塔23の塔頂部に導入された中圧液化窒素との気液接触により蒸留される。これにより、中圧塔23の塔頂に窒素成分が濃縮される。
第1の中圧塔リボイラ53で蒸発しなかった中圧酸素富化液化空気は、第2の低圧原料供給ラインD2に導出され、減圧弁V2により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
また、第1の低圧原料供給ラインD1に導出された高圧酸素富化液化空気は、減圧弁V1により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
The medium-pressure oxygen-enriched air generated by the first medium-
The medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not evaporated in the first medium-
The high-pressure oxygen-enriched liquefied air led out to the first low-pressure raw material supply line D1 is decompressed by the pressure reducing valve V1, and then supplied to the low-
第1の中圧塔リボイラ53で生成された高圧液化窒素は、ラインL20に導出され、高圧塔21に供給される。ラインL11は、高圧塔21の上部に接続されており、過冷器29、減圧弁V3を介して、ラインL16に接続されているが、ラインL11は、ラインL20から分岐して、過冷器29、減圧弁V3を介してラインL16に接続される場合もある。この場合、第1の中圧塔リボイラ53で生成された高圧液化窒素の一部または全量は、ラインL20、ラインL11、及びラインL16を経由して、低圧塔31の還流液となる。
The high-pressure liquefied nitrogen produced by the first medium-
第2の実施の形態の空気分離装置によれば、第1の実施の形態の空気分離装置10から、空気ブロワ15、空気ブロワアフタークーラ16及びラインL3を除き、高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧して中圧塔23の下部に供給するラインL18と、高圧窒素ガスの一部と中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させて、高圧窒素ガスの一部を液化させると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる第1の中圧塔リボイラ53と、を追加することにより、高圧塔21の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を中圧塔23で蒸留することが可能となる。
According to the air separation device of the second embodiment, the
これにより、第1の実施の形態の空気分離装置10における中圧酸素富化液化空気よりもさらに酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、この中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となるため、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善されて、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
This makes it possible to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a higher oxygen concentration than the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air in the
上記空気分離装置50を用いた第2の実施の形態の空気分離方法は、空気精製器14で精製された空気を空気ブロワ15で更に圧縮する工程と、この更に圧縮された空気を空気ブロワアフタークーラ16で冷却する工程と、空気精製器14で精製された空気の一部をラインL3により中圧塔23に供給する工程と、を除き、高圧酸素富化液化空気をラインL18により中圧塔23に供給する工程と、上記説明した第4の間接熱交換工程と、を追加したこと以外は、第1の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により実施することができる。
In the air separation method of the second embodiment using the
第2の実施の形態の空気分離方法によれば、第1の実施の形態の空気分離方法から、空気精製器14で精製された空気を空気ブロワ15で更に圧縮する工程と、この更に圧縮された空気を空気ブロワアフタークーラ16で冷却する工程と、空気精製器14で精製された空気の一部を中圧塔23に供給する工程と、を除き、高圧酸素富化液化空気を中圧塔23に供給する工程と、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる第4の間接熱交換工程と、を追加することにより、高圧塔21の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を中圧塔23で蒸留することが可能となる。
According to the air separation method of the second embodiment, the step of further compressing the air purified by the
これにより、第1の実施の形態の空気分離方法における中圧酸素富化液化空気よりもさらに酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、これらの中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となるため、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善されて、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
This makes it possible to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a higher oxygen concentration than the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air in the air separation method of the first embodiment, and these medium-pressure oxygen Since the enriched liquefied air can be supplied to the low-
なお、第2の実施の形態の空気分離装置50は、第1の実施の形態の空気分離装置10と同様な効果を得ることができる。また、第2の実施の形態の空気分離方法は、第1の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
In addition, the
(第3の実施の形態)
図3は、本発明の第3の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図3において、図2に示す第2の実施の形態の空気分離装置50と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a system diagram showing a schematic configuration of an air separation device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those of the
図3を参照するに、第3の実施の形態の空気分離装置60は、第2の実施の形態の空気分離装置50を構成する第1の中圧塔リボイラ53、ラインL19、及びラインL20に替えて、第2の中圧塔リボイラ63、第4の低圧原料供給ラインD4、ラインL21〜L23、及び減圧弁V6,V7を有すること以外は、空気分離装置50と同様に構成される。
Referring to FIG. 3, an
第2の中圧塔リボイラ63は、中圧塔23内の底部に配置されている。第2の中圧塔リボイラ63は、ラインL21及び第4の低圧原料供給ラインD4と接続されている。
The second intermediate
第2の中圧塔リボイラ63では、高圧原料空気の一部または高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と中圧酸素富化液化空気との間接熱交換が行われる(第5の間接熱交換工程)。
これにより、第2の中圧塔リボイラ63は、高圧原料空気の一部または高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する。
In the second medium-
Thereby, the second medium-
第4の低圧原料供給ラインD4は、その一端が第2の中圧塔リボイラ63と接続されており、他端が低圧塔31の上部と接続されている。第4の低圧原料供給ラインD4には、減圧弁V6が設けられている。
第4の低圧原料供給ラインD4は、第2の中圧塔リボイラ63で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を低圧塔31に供給するためのラインである。
The fourth low-pressure raw material supply line D4 has one end connected to the second medium-
The fourth low-pressure raw material supply line D4 is a line for supplying high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air generated by the second medium-
ラインL21は、高圧原料空気を輸送するラインL2から分岐されたラインである。ラインL21は、第2の中圧塔リボイラ63と接続されている。これにより、ラインL21は、第2の中圧塔リボイラ63に、高圧原料空気の一部を供給する。
また、ラインL21は、高圧塔21の下部から分岐されたラインである場合もあり、この場合、ラインL21は、第2の中圧塔リボイラ63に、高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気の一部を供給する。
The line L21 is a line branched from the line L2 that transports the high-pressure raw material air. The line L21 is connected to the second intermediate
Further, the line L21 may be a line branched from the lower part of the high-
ラインL22は、第4の低圧原料供給ラインD4から分岐しており、減圧弁V7を介して、中圧塔23の中部と接続されている。ラインL22は、第2の中圧塔リボイラ63で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を中圧塔23に供給するためのラインである。
ラインL23は、第4の低圧原料供給ラインD4から分岐しており、高圧塔21の中部と接続されている。ラインL23は、第2の中圧塔リボイラ63で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を高圧塔21に供給するためのラインである。
但し、ラインL22、ラインL23及び減圧弁V7は必ずしも必要ではない。
The line L22 branches from the fourth low-pressure raw material supply line D4 and is connected to the middle part of the
The line L23 branches off from the fourth low-pressure raw material supply line D4 and is connected to the middle part of the high-
However, the line L22, the line L23, and the pressure reducing valve V7 are not necessarily required.
第3の実施の形態の空気分離装置によれば、第2の実施の形態の空気分離装置におけるラインL19及びラインL20と接続された第1の中圧塔リボイラ53に替えて、中圧塔23内の底部に配置され、かつラインL21及び第4の低圧原料供給ラインD4と接続された第2の中圧塔リボイラ63を有することにより、高圧窒素ガスよりも温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気と中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることが可能になる。
According to the air separation apparatus of the third embodiment, the
これにより、第2の実施の形態の空気分離装置50における中圧酸素富化液化空気よりもさらに温度の高い(言い換えれば、酸素濃度の高い)中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、該酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となる。
これにより、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善されるため、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
Thereby, it is possible to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a higher temperature (in other words, a higher oxygen concentration) than the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air in the
This improves the rectification conditions in the lower part of the low-pressure column 31 (the part that concentrates oxygen), so the yield of argon, the yield of liquefied gas products, the yield of medium-pressure nitrogen gas, and the high-pressure The yield of nitrogen gas can be improved.
ところで、先に説明した第2の実施の形態の空気分離装置50を構成する第1の中圧塔リボイラ53では、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素が生成され、該高圧液化窒素が低圧塔31の塔頂部に供給されるが、第3の実施の形態の空気分離装置60では第2の中圧塔リボイラ63において高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低い高圧原料空気または高圧窒素富化空気が凝縮して、高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成され、これらが低圧塔31の上部に供給される。
このため、低圧塔31内の上部(窒素を濃縮する部分)の精留条件が悪化し、酸素の収率が低下する方向に作用する。
しかし、このような場合においても低圧塔31内の下部の精留条件は改善するため、全体としては精留条件が改善されアルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率が向上する。
By the way, in the first medium-
For this reason, the rectification conditions of the upper part (part which concentrates nitrogen) in the low-
However, even in such a case, since the rectification conditions in the lower part of the low-
上記空気分離装置60を用いた第3の実施の形態の空気分離方法は、第2の実施の形態の空気分離方法で説明した第4の間接熱交換工程に替えて、高圧原料空気の一部または高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、高圧原料空気の一部または高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第5の間接熱交換工程を含むこと以外は、第2の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により行うことができる。
The air separation method of the third embodiment using the
第3の実施の形態の空気分離方法によれば、第2の実施の形態の空気分離方法の第4の間接熱交換工程に替えて、第5の間接熱交換工程を追加することにより、高圧窒素ガスよりも温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気と中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることが可能になる。
これにより、第2の実施の形態の空気分離方法における中圧酸素富化液化空気よりもさらに温度の高い(言い換えれば、酸素濃度の高い)中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、該酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となる。
したがって、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善されるため、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
According to the air separation method of the third embodiment, instead of the fourth indirect heat exchange step of the air separation method of the second embodiment, a fifth indirect heat exchange step is added, thereby increasing the pressure. It becomes possible to perform indirect heat exchange between high-pressure raw material air having a temperature higher than that of nitrogen gas or high-pressure nitrogen-enriched air and medium-pressure oxygen-enriched liquefied air.
Thereby, it is possible to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a higher temperature (in other words, having a higher oxygen concentration) than the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air in the air separation method of the second embodiment. At the same time, the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a high oxygen concentration can be supplied to the low-
Accordingly, since the rectification conditions in the lower part (the part where oxygen is concentrated) in the low-
ところで、先に説明した第2の実施の形態の空気分離方法に含まれる第4の間接熱交換工程では、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素が生成され、該高圧液化窒素が低圧塔31の塔頂部に供給されるが、第3の実施の形態の空気分離方法では第5の間接熱交換工程において高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低い高圧原料空気または高圧窒素富化空気が凝縮して、高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成され、これらが低圧塔31の上部に供給される。
このため、低圧塔31内の上部(窒素を濃縮する部分)の精留条件が悪化し、酸素の収率が低下する方向に作用する。
By the way, in the fourth indirect heat exchange step included in the air separation method of the second embodiment described above, high-pressure nitrogen gas is liquefied to generate high-pressure liquefied nitrogen, and the high-pressure liquefied nitrogen is converted into low-
For this reason, the rectification conditions of the upper part (part which concentrates nitrogen) in the low-
しかし、このような場合においても低圧塔31内の下部の精留条件は改善するため、全体としては精留条件が改善されアルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率が向上する。
なお、第3の実施の形態の空気分離装置60は、第1及び第2の実施の形態の空気分離装置10,50と同様な効果を得ることができる。
また、第3の実施の形態の空気分離方法は、第1及び第2の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
However, even in such a case, since the rectification conditions in the lower part of the low-
The
In addition, the air separation method of the third embodiment can obtain the same effects as the air separation methods of the first and second embodiments.
(第4の実施の形態)
図4は、本発明の第4の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図4において、図2に示す第2の実施の形態の空気分離装置50と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a system diagram showing a schematic configuration of an air separation device according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those of the
図4を参照するに、第4の実施の形態の空気分離装置70は、第2の実施の形態の空気分離装置50に、第3の中圧塔リボイラ72と、第4の低圧原料供給ラインD4と、ラインL21〜L23と、減圧弁V6,V7と、を追加していること以外は、空気分離装置50と同様に構成される。
Referring to FIG. 4, an
第3の中圧塔リボイラ72は、第1の中圧塔リボイラ53の下方、かつ中圧塔23内の底部に配置されており、高圧原料空気を輸送するラインL2から分岐されたラインL21と接続されている。これにより、ラインL21は、第3の中圧塔リボイラ72に、高圧原料空気の一部を供給する。
なお、ラインL21は、高圧塔21の下部から分岐されたラインである場合もあり、この場合、ラインL21は、第3の中圧塔リボイラ72に、高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気を供給する。
The third intermediate-
The line L21 may be a line branched from the lower part of the high-
第2の実施の形態で説明したように、第1の中圧塔リボイラ53では、中圧塔23の下部に位置する中圧酸素富化液化空気と、高圧塔21の上部から導出された高圧窒素ガスの一部と、の間接熱交換(第4の間接熱交換工程)が行われ、中圧酸素富化液化空気の一部が気化して中圧酸素富化空気になると共に、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素となる。
As described in the second embodiment, in the first intermediate-
第3の中圧塔リボイラ72では、高圧原料空気の一部または高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、第1の中圧塔リボイラ53で気化されていない中圧酸素富化液化空気(言い換えれば、第4の間接熱交換工程後において気化されていない中圧酸素富化液化空気)と、を間接熱交換させることで、高圧原料空気の一部または高圧窒素富化空気の一部を液化させると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる(第6の間接熱交換工程)。
In the third intermediate-
上記第6の間接熱交換工程により、中圧酸素富化液化空気が気化して中圧酸素富化空気となり、高圧原料空気または高圧窒素富化空気の一部が液化して高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気となる。
第3の中圧塔リボイラ72で生成された中圧酸素富化空気は、第1の中圧塔リボイラ53で生成された中圧酸素富化空気と混合されて、中圧塔23の上昇ガスとなり、中圧塔23の塔頂部に導入された中圧液化窒素との気液接触により蒸留される。これにより、中圧塔23の塔頂部に向かって窒素成分が濃縮される。
By the sixth indirect heat exchange step, the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to become medium-pressure oxygen-enriched air, and a part of the high-pressure raw material air or high-pressure nitrogen-enriched air is liquefied to produce high-pressure liquefied air or high-pressure Nitrogen-enriched liquefied air.
The medium-pressure oxygen-enriched air generated by the third medium-
第3の中圧塔リボイラ72で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気は、第4の低圧原料供給ラインD4に導出され、減圧弁V6により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
The high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air generated in the third medium-
第3の中圧塔リボイラ72で気化されなかった中圧酸素富化液化空気は、第2の低圧原料供給ラインD2により輸送され、減圧弁V2で減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
また、第1の低圧原料供給ラインD1に導出された高圧酸素富化液化空気は、減圧弁V1により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
The medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized by the third medium-
The high-pressure oxygen-enriched liquefied air led out to the first low-pressure raw material supply line D1 is decompressed by the pressure reducing valve V1, and then supplied to the low-
ラインL22は、第4の低圧原料供給ラインD4から分岐しており、減圧弁V7を介して、中圧塔23の中部と接続されている。ラインL22は、第3の中圧塔リボイラ72で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を中圧塔23に供給するためのラインである。
ラインL23は、第4の低圧原料供給ラインD4から分岐しており、高圧塔21の中部と接続されている。ラインL22は、第3の中圧塔リボイラ72で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を高圧塔21に供給するためのラインである。
但し、ラインL22、ラインL23及び減圧弁V7は必ずしも必要ではない。
The line L22 branches from the fourth low-pressure raw material supply line D4 and is connected to the middle part of the
The line L23 branches off from the fourth low-pressure raw material supply line D4 and is connected to the middle part of the high-
However, the line L22, the line L23, and the pressure reducing valve V7 are not necessarily required.
第4の実施の形態の空気分離装置によれば、第2の実施の形態の空気分離装置50に、高圧原料空気の一部または高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と第1の中圧塔リボイラ53で気化されていない中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させて、高圧原料空気の一部または高圧窒素富化空気の一部を液化させると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる第3の中圧塔リボイラ72を追加することにより、中圧塔23の底部に位置する中圧酸素富化液化空気よりも上部に位置し、酸素濃度及び温度の低い中圧酸素富化液化空気を高圧窒素ガスと間接熱交換させ、中圧塔23の底部に位置する中圧酸素富化液化空気を高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低く、かつ温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気と間接熱交換させることが可能となるので、中圧塔23の下部及び底部で効率的に中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成することができる。
According to the air separation device of the fourth embodiment, the
これにより、第2の実施の形態の空気分離装置50における中圧酸素富化液化空気よりもさらに酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、この中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となるので、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善される。
This makes it possible to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a higher oxygen concentration than the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air in the
また、第3の実施の形態の空気分離装置60では、第2の中圧塔リボイラ63における間接熱交換により高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成されるのに対して、第4の実施の形態の空気分離装置70では、第1の中圧塔リボイラ53における間接熱交換により高圧液化窒素を生成することが可能になると共に、該高圧液化窒素を低圧塔31の塔頂部に供給することが可能となるので、低圧塔31内の上部(窒素を濃縮する部分)の精留条件も改善される。
したがって、低圧塔31内の全体の精留条件が改善されて、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
Further, in the
Therefore, the overall rectification conditions in the low-
上記空気分離装置70を用いた第4の実施の形態の空気分離方法は、上記説明した第6の間接熱交換工程を追加したこと以外は、第2の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により実施することができる。
The air separation method of the fourth embodiment using the
第4の実施の形態の空気分離方法によれば、第2の実施の形態の空気分離方法に、第6の間接熱交換工程を追加することにより、中圧塔23の底部に位置する中圧酸素富化液化空気よりも上部に位置し、酸素濃度及び温度の低い中圧酸素富化液化空気と高圧窒素ガスとを間接熱交換させ、中圧塔23の底部に位置する中圧酸素富化液化空気と、高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低く、かつ温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気とを間接熱交換させることが可能となるので、中圧塔23の下部及び底部で効率的に中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成することができる。
According to the air separation method of the fourth embodiment, an intermediate pressure located at the bottom of the
これにより、第2の実施の形態の空気分離方法における中圧酸素富化液化空気よりもさらに酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、該中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となるので、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善される。
This makes it possible to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air having a higher oxygen concentration than the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air in the air separation method of the second embodiment, and the medium-pressure oxygen-enriched air. Since the liquefied liquefied air can be supplied to the low-
また、第3の実施の形態の空気分離方法では第5の間接熱交換工程により高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成されるのに対して、第4の実施の形態の空気分離装置70では、第4の間接熱交換工程により高圧液化窒素を生成することが可能になると共に、該高圧液化窒素を低圧塔31の塔頂部に供給することが可能となるので、低圧塔31内の上部(窒素を濃縮する部分)の精留条件も改善される。
したがって、低圧塔31内の全体の精留条件が改善されて、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
Further, in the air separation method of the third embodiment, high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air is generated by the fifth indirect heat exchange step, whereas the air separation device of the
Therefore, the overall rectification conditions in the low-
なお、第4の実施の形態の空気分離装置70は、第1ないし第3の実施の形態の空気分離装置10,50,60と同様な効果を得ることができる。
また、第4の実施の形態の空気分離方法は、第1ないし第3の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
The
The air separation method of the fourth embodiment can obtain the same effects as the air separation methods of the first to third embodiments.
(第5の実施の形態)
図5は、本発明の第5の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。図5では、第5の実施の形態の空気分離装置80のうち、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34の周辺の構成のみを図示する。
また、図5において、図1に示す第1の実施の形態の空気分離装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is an enlarged system diagram of a main part of an air separation device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5 shows only the configuration around the first and second low-
In FIG. 5, the same components as those of the
図5を参照するに、第5の実施の形態の空気分離装置80は、第1ないし第4の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70の構成に、さらに、低圧液化酸素容器81、ラインL24、ラインL25、及び液化酸素ポンプ82を有し、低圧液化酸素容器81の内部に第1の低圧塔リボイラ33を配置させたこと以外は、第1ないし第4の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70と同様に構成される。
Referring to FIG. 5, an
第1の低圧塔リボイラ33は、ラインL7,L8と接続されている。ラインL24は、その一端が低圧塔31の底部と接続されており、他端が低圧液化酸素容器81と接続されている。
ラインL25は、低圧液化酸素容器81、及び低圧塔31の底部と接続されている。液化酸素ポンプ82は、ラインL24に設けられている。第3製品導出ラインC1の一端は、ラインL25に接続されている。
The first low
The line L25 is connected to the low pressure liquefied
第1ないし第4の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70では、低圧塔31内の底部に、第1の低圧塔リボイラ33と第2の低圧塔リボイラ34とを並列に設置した場合を例に挙げて説明したが、上記構成とされた第5の実施の形態の空気分離装置80のように、第1の低圧塔リボイラ33と第2の低圧塔リボイラ34とを直列に設置してもよい。
In the
上記空気分離装置80では、低圧塔31内の底部に第2の低圧リボイラ34のみが設置されており、第1の低圧塔リボイラ33は低圧塔31とは別の低圧液化酸素容器81内に設置されている。
第2の低圧塔リボイラ34で気化していない低圧液化酸素は、ラインL24に抜き出され、液化酸素ポンプ82で加圧された後に低圧液化酸素容器81に導入される。
In the
The low-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized by the second low-
低圧液化酸素容器81に設置された第1の低圧塔リボイラ33では、低圧液化酸素容器81に導入された低圧液化酸素の一部または全量と、アルゴン塔36から供給されたアルゴンガスとの間接熱交換(第1の間接熱交換工程)が行われる。
これにより、低圧液化酸素の一部または全量が気化されて低圧酸素ガスになると共に、アルゴンガスが液化して液化アルゴンになる。
In the first low-
Thereby, a part or all of the low-pressure liquefied oxygen is vaporized to become low-pressure oxygen gas, and the argon gas is liquefied to become liquefied argon.
第1の低圧塔リボイラ33で生成された低圧酸素ガスは、低圧液化酸素容器81からラインL25に導出され、低圧酸素ガスの一部または全量が低圧塔31の底部に導入される。
製品となる低圧酸素ガス(LPGO2)が採取される場合には、ラインL25の低圧酸素ガスの一部または全量が第3製品導出ラインC1に導出され、過冷器29や主熱交換器18で熱回収された後に製品として抜き出される。
The low-pressure oxygen gas generated in the first low-
When the low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) to be a product is collected, a part or all of the low-pressure oxygen gas in the line L25 is led out to the third product lead-out line C1, and the supercooler 29 and the
上記説明した空気分離装置80においても、液化酸素容器81、ラインL24、及びラインL25は、低圧塔31の構成の一部とみなすことができ、第1ないし第4の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70と同様な効果を得ることができる。
また、上記構成とされた空気分離装置80を用いて行う第5の実施の形態の空気分離方法は、第1ないし第4の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
Also in the
In addition, the air separation method of the fifth embodiment performed using the
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.
例えば、従来からよく知られた方法として、高圧酸素ガス(HPGO2)を採取する場合に、低圧塔の塔底部から液化酸素を抜き出し、液化ガスポンプで必要な圧力まで昇圧し、昇圧した液化酸素を主熱交換器に導入して全量気化させ、常温まで熱回収した後に、製品である高圧酸素ガス(HPGO2)を回収する方法(例えば、特許4939651号公報に開示された方法)があるが、このような方法を上記説明した第1ないし第5の実施の形態の空気分離方法に適用してもよい。 For example, as a well-known method, when high-pressure oxygen gas (HPGO 2 ) is collected, liquefied oxygen is extracted from the bottom of the low-pressure column, and the pressure is increased to a required pressure with a liquefied gas pump. There is a method (for example, a method disclosed in Japanese Patent No. 4939651) that recovers high-pressure oxygen gas (HPGO 2 ), which is a product, after introducing it into the main heat exchanger and evaporating the entire amount and recovering heat to room temperature. Such a method may be applied to the air separation methods of the first to fifth embodiments described above.
即ち、アルゴン塔36の操作圧力よりも高い圧力である高圧酸素ガス(HPGO2)が製品として回収される場合に、低圧塔31の塔底に位置する低圧液化酸素、及び/またはアルゴン塔36の塔底に位置する中圧液化酸素が各蒸留塔から導出され、液化ガスポンプ(図示せず)で必要な圧力まで昇圧される。
That is, when high-pressure oxygen gas (HPGO 2 ) having a pressure higher than the operation pressure of the
液化ガスポンプ(図示せず)で昇圧された高圧液化酸素は、主熱交換器18に導入され、主熱交換器18内で気化し、常温まで熱回収された後、製品である高圧酸素ガス(HPGO2)として回収される。
このとき、空気精製器14で精製された空気の一部が空気昇圧機(図示せず)に導入されることで、さらに昇圧されて超高圧原料空気となり、主熱交換器18に導入される場合もある。
The high-pressure liquefied oxygen boosted by a liquefied gas pump (not shown) is introduced into the
At this time, a part of the air purified by the
主熱交換器18に導入された超高圧原料空気は、液化ガスポンプ(図示せず)で昇圧された高圧液化酸素との間接熱交換により、高圧液化酸素を蒸発させて高圧酸素ガスを生成し、自らは全量凝縮して超高圧液化空気となる。
主熱交換器18から導出された超高圧液化空気は、液化ガスタービン(図示せず)または減圧弁(図示せず)で減圧された後、高圧塔21、中圧塔23、及び低圧塔31のうち、少なくとも1つ以上の塔に導入される。
なお、製品となる高圧酸素ガス、及び超高圧原料空気は、ガス流体または超臨界流体である。
The ultra-high pressure raw material air introduced into the
The ultra-high pressure liquefied air led out from the
Note that the high-pressure oxygen gas and the ultra-high-pressure raw material air that are products are gas fluids or supercritical fluids.
また、他の例として、例えば、上記説明した第1ないし第5の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70,80において、酸素ガス、及びアルゴンガスまたは液化アルゴンが必要であり、中圧窒素ガス、高圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素が不要な場合には、空気分離装置10,50,60,70,80から採取された製品用の高圧窒素ガスHPGN2や製品用の中圧窒素ガスMPGN2を動力回収タービン(図示せず)に導入して、断熱膨張させ、動力を回収することで装置全体の消費動力を低減できる。
As another example, for example, in the
ところで、上記説明した第1ないし第5の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70,80において、高圧塔21、中圧塔23、低圧塔31、及びアルゴン塔36は各リボイラにより、熱的に統合されている。
このため、各塔の操作圧力は、低圧塔31、アルゴン塔36、中圧塔23、高圧塔21の順に高くなっている。
By the way, in the
For this reason, the operation pressure of each tower becomes higher in the order of the
例えば、特許第4540182号公報に開示された空気分離用低温蒸留システムは、高圧塔、中間圧塔、低圧塔、アルゴン塔が熱的に統合されたプロセスであるが、アルゴン塔の底部が低圧塔の頂部と熱的に統合されており、低圧塔の操作圧力がアルゴン塔の操作圧力よりも高くなっているため、第1ないし第5の実施の形態の空気分離装置10,50,60,70,80とは異なる。
For example, the cryogenic distillation system for air separation disclosed in Japanese Patent No. 4540182 is a process in which a high pressure column, an intermediate pressure column, a low pressure column, and an argon column are thermally integrated, but the bottom of the argon column is a low pressure column. Since the operation pressure of the low pressure column is higher than the operation pressure of the argon column, the
(実施例1)
次に、実施例1として、自社製のシミュレータ(本シミュレータは実際に空気分離装置を設計する際に使用しているものと同じ)を用いて、図2に示す第2の実施の形態の空気分離装置50を用いた場合のシミュレーションを実施した。
Example 1
Next, as Example 1, the air according to the second embodiment shown in FIG. 2 is used by using an in-house simulator (this simulator is the same as that used when actually designing an air separation device). A simulation using the
シミュレーションの計算条件としては、流量2412の原料空気から流量500、圧力120kPaA、酸素濃度99.6%以上の低圧酸素ガス(LPGO2)と、流量18、酸素濃度1ppm以下、窒素濃度1ppm以下の液化アルゴン(LAR)と、を採取しつつ、同時に圧力が820kPaA以上で、かつ酸素濃度が0.1ppm以下の高圧窒素ガス(HPGN2)、または圧力が480kPa以上で、かつ酸素濃度が0.1ppm以下の中圧窒素ガス(MPGN2、図2には図示せず)をできるだけ多量に採取する条件を用いた。
表1に、各測定箇所における流体の流量、圧力、及び該流体に含まれる酸素濃度を示す。
As calculation conditions for the simulation, a raw material air having a flow rate of 2412, a low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) having a flow rate of 500, a pressure of 120 kPaA, and an oxygen concentration of 99.6% or more, a flow rate of 18, a oxygen concentration of 1 ppm or less, and a nitrogen concentration of 1 ppm or less. High pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) having a pressure of 820 kPaA or more and an oxygen concentration of 0.1 ppm or less, or a pressure of 480 kPa or more and an oxygen concentration of 0.1 ppm or less. The medium pressure nitrogen gas (MPGN 2 , not shown in FIG. 2) was collected as much as possible.
Table 1 shows the fluid flow rate, pressure, and oxygen concentration contained in the fluid at each measurement location.
表1を参照するに、第2の実施の形態の空気分離装置50を用いて流量2412の原料空気から流量が500、圧力が120kPaA、酸素濃度が99.7%の低圧酸素ガス(製品)と、流量が18、酸素濃度が1ppm(窒素濃度は1ppm以下)の液化アルゴン(製品)と、流量が716、圧力が820kPaA、酸素濃度が0.1ppm以下の高圧窒素ガス(製品)と、を採取できることが確認された。
但し、圧力が480kPaA以上で、かつ酸素濃度が0.1ppm以下の中圧窒素ガスは採取しなかった。
Referring to Table 1, a low-pressure oxygen gas (product) having a flow rate of 500, a pressure of 120 kPaA, and an oxygen concentration of 99.7% from raw material air having a flow rate of 2412 using the
However, medium-pressure nitrogen gas having a pressure of 480 kPaA or more and an oxygen concentration of 0.1 ppm or less was not collected.
(比較例1)
比較例1として、実施例1の有効性を評価するために、図6に示す空気分離装置200を用いた場合のシミュレーションを実施した。
シミュレーションの計算条件としては、実施例1と同じく、流量が2412の原料空気から流量が500、圧力が120kPaA、酸素濃が99.6%以上の低圧酸素ガス(LPGO2)と、流量が18、酸素濃度が1ppm以下、窒素濃度が1ppm以下の液化アルゴン(LAR)とを採取しつつ、同時に圧力が820kPaA以上、酸素濃度が0.1ppm以下の高圧窒素ガス(HPGN2)または圧力が480kPa以上、酸素濃度が0.1ppm以下の中圧窒素ガス(MPGN2)をできるだけ多量に採取することとした。
このとき、実施例1で使用したシミュレータを用いると共に、他の計算条件(各部の圧力損失や各リボイラの流体間の温度差等)についても実施例1と同じ計算条件を用いた。
表2に、実施例1及び比較例1のシミュレーション計算結果を示す。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, in order to evaluate the effectiveness of Example 1, a simulation in the case of using the
As for the calculation conditions of the simulation, as in Example 1, the flow rate was 2412 from low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) having a flow rate of 500, a pressure of 120 kPaA, an oxygen concentration of 99.6% or more, and a flow rate of 18, While collecting liquefied argon (LAR) having an oxygen concentration of 1 ppm or less and a nitrogen concentration of 1 ppm or less, at the same time, the pressure is 820 kPaA or more, the high-pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) having an oxygen concentration of 0.1 ppm or less, or the pressure is 480 kPa or more, Medium pressure nitrogen gas (MPGN 2 ) with an oxygen concentration of 0.1 ppm or less was collected as much as possible.
At this time, while using the simulator used in Example 1, the same calculation conditions as Example 1 were used also about other calculation conditions (pressure loss of each part, temperature difference between fluids of each reboiler, etc.).
Table 2 shows the simulation calculation results of Example 1 and Comparative Example 1.
表2を参照するに、両装置(空気分離装置50及び空気分離装置200)とも流量が500、圧力が120kPaA、酸素濃度が99.6%以上の低圧酸素ガス(LPGO2)と、流量が18、酸素濃度が1ppm以下、窒素濃度が1ppm以下の液化アルゴン(LAR)と、を製品として採取でき、両装置のアルゴンの収率は同じ値となった。
但し、実施例1では流量が716の高圧窒素ガス(HPGN2)を採取できたのに対して、比較例1では高圧窒素ガス(HPGN2)及び中圧窒素ガス(MPGN2)を採取することができなかった。
Referring to Table 2, both devices (
However, in Example 1, high-pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) having a flow rate of 716 was sampled, whereas in Comparative Example 1, high-pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) and medium-pressure nitrogen gas (MPGN 2 ) were sampled. I could not.
表3にシミュレーション計算により求められた比較例1及び実施例1で使用した各装置の消費動力を示す。但し、比較例1では、高圧窒素ガス(HPGN2)を採取できなかったため、副生成物として得られる低圧窒素ガス(LPGN2)のうち、流量716を窒素圧縮機(図示せず)で圧力820kPaAまで圧縮して高圧窒素ガスを製造した。 Table 3 shows the power consumption of each device used in Comparative Example 1 and Example 1 obtained by simulation calculation. However, in Comparative Example 1, since high-pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) could not be collected, among the low-pressure nitrogen gas (LPGN 2 ) obtained as a by-product, the flow rate 716 was adjusted to a pressure of 820 kPaA with a nitrogen compressor (not shown). And high pressure nitrogen gas was produced.
表3を参照するに、実施例1は、比較例1と比較して原料空気の圧力が高く空気圧縮機11の消費動力は30%大きくなるが、窒素圧縮機が不要であるため合計動力としては約6%小さくなることが確認できた。
Referring to Table 3, in Example 1, the pressure of the raw material air is high compared to Comparative Example 1, and the power consumption of the
(実施例2)
次に、実施例2として、実施例1で使用したシミュレータを用いて、図4に示す第4の実施の形態の空気分離装置70を用いた場合のシミュレーションを実施した。
(Example 2)
Next, as Example 2, using the simulator used in Example 1, a simulation was performed when the
シミュレーションの計算条件としては、流量が2412の原料空気から流量が500、圧力が120kPaA、酸素濃度が99.6%以上の低圧酸素ガス(LPGO2)と、流量が18、酸素濃度が1ppm以下、窒素濃度が1ppm以下の液化アルゴン(LAR)と、を採取しつつ、酸素濃度が0.1ppm以下の中圧液化窒素(MPLN2)をできるだけ多量に採取する条件を用いた。この結果を表4に示す。 The calculation conditions for the simulation are: low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) with a flow rate of 500, a pressure of 120 kPaA, an oxygen concentration of 99.6% or higher, a flow rate of 18 and an oxygen concentration of 1 ppm or less, The conditions were used to collect as much of the medium pressure liquefied nitrogen (MPLN 2 ) as possible while collecting liquefied argon (LAR) having a nitrogen concentration of 1 ppm or less. The results are shown in Table 4.
(比較例2)
比較例2として、実施例2の有効性を評価するために、実施例2で使用したシミュレータと、実施例2で使用した計算条件とを用いて、図6に示す空気分離装置200を用いた場合のシミュレーションを実施した。この結果を表4に示す。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, the
(比較例2及び実施例2の結果のまとめ)
表4を参照するに、両装置(空気分離装置70及び空気分離装置200)ともアルゴンの収率は同じであるが、比較例2では、中圧液化窒素(製品)を採取できないのに対して、実施例2では流量92の中圧液化窒素を採取することができた。
比較例2において、中圧液化窒素(製品)を採取できない理由は、液化ガス製品の流量を増やすために、タービン208の処理量を増やす必要があるが、これにより、低圧タービン空気が多くなりすぎて、低圧塔213で処理しきれなくなり、アルゴンの収率が低下するからである。
(Summary of results of Comparative Example 2 and Example 2)
Referring to Table 4, both devices (
In Comparative Example 2, the reason why medium-pressure liquefied nitrogen (product) cannot be collected is that the throughput of the
本発明は、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、より多くの中圧窒素ガス、中圧窒素ガスよりも高い圧力の高圧窒素ガス、液化酸素もしくは液化窒素等を採取する空気分離方法及び空気分離装置に適用できる。 The present invention relates to an air separation method and air for collecting a larger amount of medium-pressure nitrogen gas, high-pressure nitrogen gas having a pressure higher than that of medium-pressure nitrogen gas, liquefied oxygen, or liquefied nitrogen while suppressing a decrease in the yield of argon. Applicable to separation devices.
10,50,60,70,80…空気分離装置、11…空気圧縮機、12…空気予冷器、14…空気精製器、15…空気ブロワ、16…空気ブロワアフタークーラ、18…主熱交換器、21…高圧塔、23…中圧塔、25…タービンブロワ、26…タービンブロワアフタークーラ、28…タービン、29…過冷器、31…低圧塔、33…第1の低圧塔リボイラ、34…第2の低圧塔リボイラ、36…アルゴン塔、38…アルゴン塔リボイラ、53…第1の中圧塔リボイラ、63…第2の中圧塔リボイラ、72…第3の中圧塔リボイラ、81…低圧液化酸素容器、82…液化酸素ポンプ、A1,A2…第1製品導出ライン、B1,B2,B3,B4,B5,B6…第2製品導出ライン、C1,C2,C3…第3製品導出ライン、D1…第1の低圧原料供給ライン、D2…第2の低圧原料供給ライン、D3…第3の低圧原料供給ライン、D4…第4の低圧原料供給ライン、L1〜L25…ライン、V1〜V8…減圧弁
DESCRIPTION OF
Claims (10)
アルゴン塔において、前記液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
第1の低圧塔リボイラにおいて、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の間接熱交換工程と、
第2の低圧塔リボイラにおいて、中圧塔から供給された中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の間接熱交換工程と、
アルゴン塔リボイラにおいて、高圧塔から供給された高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成する第3の間接熱交換工程と、
前記アルゴンガスの一部、前記第1の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1製品導出工程と、
前記第1及び第2の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第3の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧窒素ガスの一部、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧液化窒素の一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出工程と、
を含むことを特徴とする空気分離方法。 Low-pressure oxygen separation, which is a low-pressure raw material supplied to a low-pressure column and which is subjected to low-temperature distillation of a mixed fluid containing oxygen, nitrogen, and argon to separate the mixed fluid into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and liquefied feed argon Process,
In an argon tower, an argon separation step of low-temperature distillation of the liquefied feed argon to separate it into argon gas and medium pressure liquefied oxygen;
In the first low-pressure tower reboiler, by indirect heat exchange between the argon gas and the low-pressure liquefied oxygen, the argon gas is liquefied to generate liquefied argon, and a part of the low-pressure liquefied oxygen is vaporized to reduce low-pressure oxygen. A first indirect heat exchange step for generating gas;
In the second low-pressure tower reboiler, the intermediate- pressure nitrogen gas supplied from the intermediate- pressure tower and the low-pressure liquefied oxygen are indirectly heat-exchanged to liquefy the intermediate-pressure nitrogen gas to generate medium-pressure liquefied nitrogen, A second indirect heat exchange step of vaporizing a part of the low-pressure liquefied oxygen to generate low-pressure oxygen gas;
In the argon tower reboiler, the high pressure nitrogen gas supplied from the high pressure tower and the intermediate pressure liquefied oxygen are indirectly heat exchanged to liquefy the high pressure nitrogen gas to generate high pressure liquefied nitrogen, and the medium pressure liquefied oxygen A third indirect heat exchange step in which part of the gas is vaporized to generate medium-pressure oxygen gas;
A first product derivation step of extracting at least one kind of argon as a product from a part of the argon gas, an argon gas that has not been liquefied in the first indirect heat exchange step, and a part of the liquefied argon;
Low-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized in the first and second indirect heat exchange steps, medium-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized in the third indirect heat exchange step, and medium pressure located at the top of the intermediate-pressure tower Part of nitrogen gas, part of medium-pressure liquefied nitrogen located at the top of the intermediate pressure tower, part of high-pressure nitrogen gas located at the top of the high-pressure tower, and top of the high-pressure tower A second product derivation step of extracting at least one or more of the high-pressure liquefied nitrogen as a product;
An air separation method comprising:
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、
前記高圧酸素富化液化空気、及び前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、減圧させた該高圧酸素富化液化空気、及び該中圧酸素富化液化空気のうち、少なくとも一方を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 A part or all of the high-pressure feed air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air. A high pressure nitrogen separation step;
A medium-pressure nitrogen gas and medium-pressure oxygen-enriched liquefied air are obtained by low-temperature distillation of a part or all of medium-pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon. Medium pressure nitrogen separation step to separate into
Depressurizing the high-pressure oxygen-enriched liquefied air and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air, and at least one of the decompressed high-pressure oxygen-enriched liquefied air and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air is used as the low-pressure raw material. A low-pressure raw material supply step for supplying the low-pressure column as
Air separation method of claim 1, which comprises a.
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させ、その一部または全量を低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第4の間接熱交換工程と、
前記第4の間接熱交換工程において気化されていない中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 A part or all of the high-pressure feed air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air. A high pressure nitrogen separation step;
A medium pressure nitrogen separation step of depressurizing the high-pressure oxygen-enriched liquefied air and subjecting a part or all of it to low-temperature distillation to separate it into medium-pressure nitrogen gas and medium-pressure oxygen-enriched liquefied air;
By indirect heat exchange between a part of the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air, a part of the high-pressure nitrogen gas is liquefied to produce high-pressure liquefied nitrogen, and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air A fourth indirect heat exchange step in which a part of the gas is vaporized to generate medium-pressure oxygen-enriched air;
A low-pressure raw material supply step of depressurizing medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized in the fourth indirect heat exchange step and supplying the low-pressure column to the low-pressure column;
The air separation method according to claim 1, comprising:
前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧後に低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、該高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第4の間接熱交換工程と、
前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、前記第4の間接熱交換工程において気化されていない前記中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第6の間接熱交換工程と、
前記第6の間接熱交換工程において気化されなかった前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 A part or all of the high-pressure feed air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon is subjected to low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air. A high pressure nitrogen separation step;
A medium pressure nitrogen separation step in which a part or all of the high pressure oxygen-enriched liquefied air is subjected to low-temperature distillation after depressurization to separate it into medium-pressure nitrogen gas and medium-pressure oxygen-enriched liquefied air;
By indirect heat exchange between a part of the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air, a part of the high-pressure nitrogen gas is liquefied to produce high-pressure liquefied nitrogen, and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air A fourth indirect heat exchange step in which a part of the gas is vaporized to generate medium-pressure oxygen-enriched air;
Indirect connection between part of the high-pressure feed air or part of the high-pressure nitrogen-enriched air rising in the high-pressure column and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized in the fourth indirect heat exchange step By heat exchange, a part of the high-pressure raw material air or a part of the high-pressure nitrogen-enriched air is liquefied to generate high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air. A sixth indirect heat exchange step of vaporizing the part to generate medium-pressure oxygen-enriched air;
A low-pressure raw material supply step of depressurizing the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized in the sixth indirect heat exchange step and supplying the low-pressure column to the low-pressure column;
The air separation method according to claim 1, comprising:
前記液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の低圧塔リボイラと、
中圧塔から供給された中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の低圧塔リボイラと、
高圧塔から供給された高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成するアルゴン塔リボイラと、
前記アルゴンガスの一部、前記第1の低圧塔リボイラで液化されなかったアルゴンガス、及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1製品導出ラインと、
前記第1及び第2の低圧塔リボイラで気化されていない低圧液化酸素、前記アルゴン塔リボイラで気化されていない中圧液化酸素、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧窒素ガスの一部、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧液化窒素の一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧窒素ガスの一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出ラインと、
を有することを特徴とする空気分離装置。 A low-pressure column that is a low-pressure raw material and that is subjected to low-temperature distillation of a mixed fluid containing oxygen, nitrogen, and argon to separate low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and liquefied feed argon;
An argon column for cryogenic distillation of the liquefied feed argon to separate it into argon gas and medium pressure liquefied oxygen;
A first low pressure that liquefies the argon gas by indirect heat exchange between the argon gas and the low pressure liquefied oxygen to generate liquefied argon and vaporizes a part of the low pressure liquefied oxygen to generate low pressure oxygen gas. Tower reboiler,
By indirect heat exchange between the medium-pressure nitrogen gas supplied from the medium-pressure tower and the low-pressure liquefied oxygen, the medium-pressure nitrogen gas is liquefied to generate medium-pressure liquefied nitrogen and a part of the low-pressure liquefied oxygen is vaporized. A second low pressure column reboiler for generating low pressure oxygen gas,
By indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen gas supplied from the high-pressure tower and the medium-pressure liquefied oxygen, the high-pressure nitrogen gas is liquefied to generate high-pressure liquefied nitrogen, and a part of the medium-pressure liquefied oxygen is vaporized. An argon tower reboiler that produces medium pressure oxygen gas;
A part of the argon gas, an argon gas that has not been liquefied by the first low-pressure column reboiler, and a part of the liquefied argon, a first product lead-out line for extracting at least one kind of argon as a product;
Low-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized by the first and second low-pressure tower reboilers, medium-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized by the argon tower reboiler, and part of the medium-pressure nitrogen gas located at the top of the medium-pressure tower A part of the medium-pressure liquefied nitrogen located at the top of the medium-pressure tower, a part of the high-pressure nitrogen gas located at the top of the high-pressure tower, a part of the high-pressure liquefied nitrogen located at the top of the high-pressure tower A second product derivation line for extracting at least one of the products as a product,
An air separation device comprising:
前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記中圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記低圧塔に、減圧させた前記高圧酸素富化液化空気、及び前記中圧酸素富化液化空気のうち、少なくとも一方を前記低圧原料として供給する低圧原料供給ラインを有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置。 The high pressure column and the intermediate pressure column,
The high-pressure column is a high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by low-temperature distillation of a part or all of the high-pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon. And separated into
The intermediate pressure tower is a low-temperature distillation of part or all of the intermediate pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon, and the intermediate pressure nitrogen gas and the intermediate pressure Separated into oxygen-enriched liquefied air,
The low pressure column, the high-pressure oxygen-enriched liquefied air is vacuum, and out of the in pressure oxidation Mototomi of liquefied air, claims, characterized in that it has a low material supply line for supplying at least one as the low-pressure raw material 6. The air separation device according to 6.
前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記中圧塔は、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第1の中圧塔リボイラと、
前記第1の中圧塔リボイラで気化されなかった前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給ラインと、
を有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置。 The high pressure column and the intermediate pressure column,
The high-pressure column is a high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by low-temperature distillation of a part or all of the high-pressure raw material air obtained by compressing, purifying, and cooling air containing oxygen, nitrogen, and argon. And separated into
The intermediate pressure tower is a low-temperature distillation of a part or all of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air to separate the intermediate-pressure nitrogen gas and the intermediate-pressure oxygen-enriched liquefied air,
By indirect heat exchange between a part of the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air, a part of the high-pressure nitrogen gas is liquefied to produce high-pressure liquefied nitrogen, and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air A first medium pressure tower reboiler that vaporizes a portion of the gas to produce medium pressure oxygen enriched air;
A low-pressure raw material supply line for depressurizing the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized by the first medium-pressure tower reboiler and supplying the low-pressure column to the low-pressure column;
The air separation device according to claim 6.
前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却された高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記中圧塔は、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧した後に低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと前記中圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第1の中圧塔リボイラと、
前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する前記高圧窒素富化空気の一部と前記第1の中圧塔リボイラで気化されていない前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第3の中圧塔リボイラと、
前記第3の中圧塔リボイラで気化されていない前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給ラインと、
を有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置。 The high pressure column and the intermediate pressure column,
The high-pressure tower separates high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air by subjecting air containing oxygen, nitrogen, and argon to low-temperature distillation of a part or all of the compressed, purified, and cooled high-pressure raw material air. And
The intermediate pressure tower is subjected to low-temperature distillation after decompressing part or all of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air, and separated into the intermediate-pressure nitrogen gas and the intermediate-pressure oxygen-enriched liquefied air,
By indirect heat exchange between a part of the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air, a part of the high-pressure nitrogen gas is liquefied to produce high-pressure liquefied nitrogen, and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air A first medium pressure tower reboiler that vaporizes a portion of the gas to produce medium pressure oxygen enriched air;
Indirect heat between part of the high-pressure feed air or part of the high-pressure nitrogen-enriched air rising in the high-pressure column and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized by the first medium-pressure tower reboiler By exchanging, a part of the high-pressure raw material air or a part of the high-pressure nitrogen-enriched air is liquefied to generate high-pressure liquefied air or high-pressure nitrogen-enriched liquefied air, and a part of the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air A third medium pressure tower reboiler that vaporizes and generates medium pressure oxygen enriched air;
A low-pressure raw material supply line for depressurizing the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that has not been vaporized by the third medium-pressure tower reboiler and supplying the low-pressure raw material to the low-pressure tower;
The air separation device according to claim 6.
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